Выемка пород одноковшовыми экскаваторами Исполнитель

План:

1. Технологические параметры механических лопат
2. Выемка мягких пород карьернымимехлопатами
3. Выемка взорванных пород карьернымимехлопатами

Цель занятия – формирование знаний, навыков и умений в области эксплуатации и условий применения механических лопат.

{spoiler=Продолжать Читать}

Основные технологические параметры механических лопат: емкость ковша, рабочие параметры, габариты, преодолеваемый уклон, масса, удельное давление. К рабочим параметрам относятся радиус и высота черпания и разгрузки, которые зависят от длины рукояти и стрелы, угла наклона последней, а также от положения пунктов черпания и разгрузки (рис. 5.1).

Радиус черпания - горизонтальное расстояние от оси вращения экскаватора до режущей кромки ковша при черпании. Различают: максимальный радиус - при максимально выдвинутой горизонтальной рукояти, минимальный радиус  - при подтянутой к гусеницам рукояти с ковшом на горизонте установки экскаватора, радиус черпания экскаватора на горизонте установки  - максимальный радиус на горизонте установки экскаватора, а также радиус черпания при максимальной его высоте.

Высота черпания  - вертикальное расстояние от

горизонта установки экскаватора до режущей кромки ковша при черпании;

максимальная высота черпания соответствует максимально поднятой рукояти. Различают также высоту черпания при максимальном его радиусе  и максимальную глубину черпания ниже горизонта установки экскаватора .

Радиус разгрузки - горизонтальное расстояние от оси вращения экскаватора до оси ковша приразгрузки; максимальный радиус разгрузки  соответствует максимально выдвинутой горизонтальной рукояти.

Высота разгрузки - вертикальное расстояние от горизонта установки экскаватора до нижней кромки открытого днища ковша; максимальная высота разгрузки соответствует максимально поднятой рукояти. Минимальные значения радиусов черпания и разгрузки не совпадают с соответствующими максимальными значениями высоты.

Сфера рабочего действия экскаватора определяется радиусами и высотой черпания и разгрузки. При этом обычно угол наклона стрелы . У некоторых мехлопат угол  может изменяться в пределах 30-50⁰. С увеличением  увеличивается высота, и уменьшаются радиусы действия экскаватора.

Габариты экскаватораопределяются радиусом вращения задней части кузова , высотой экскаватора - вертикальным расстоянием от горизонта установки экскаватора до верхнего края наиболее выступающей вверх несъемной его части, высотой кузоваэкскаватора .

Скорость движения мехлопат на гусеничном ходу составляет 0,9-3,7 км/ч. Преодолеваемый подъем достигает 12⁰ при массе экскаватора до 100 т и до 7⁰ для более крупных моделей.

Удельное давление экскаватора на грунт в моменты наполнения ковша, поворота и разгрузки меняется в широком диапазоне и может превышать среднюю (паспортную) величины в 15-20 раз. Максимальное удельное давление не должно превышать несущей способности основания, которая изменяется от 2 кгс/см² для мягкого песка, до 5-6 кгс/см² для плотной глины и 8-10 кгс/см².

Выемка мягких пород карьернымимехлопатами

Наиболее рационально выемка в торцовом забое при сквозной заходке, так как средний угол поворота экскаватора часто не превышает 90⁰, наиболее удобна подача транспортных сосудов под погрузку, минимальны простои из-за наращивания и перемещения транспортных коммуникаций.

При выемке продольным забоем средний угол поворота экскаватора возрастает до 110-140⁰ и, кроме того, необходимы частые передвижки его из-за малой ширины забоя. Все это существенно снижает производительность экскаватора. Поэтому продольный забой применяют часто только при раздельной выемке мехлопатами в комплексе с автотранспортом (см. рис. 7.4).

Отличительные особенности выемки мягких пород: постоянство высоты забоя, относительно легкие условия экскавации (по условиям копания, динамическим нагрузкам, ввиду отсутствия негабаритных кусков) и возможность применения ковшей увеличенной емкости.

Профиль забоя в мягких и плотных породах соответствует траектории движения ковша и имеет угол откоса 70-80⁰. Толщина срезаемых стружек составляет 0,2-1 м. при крутых траекториях, передвижках экскаватора по мере подвигания забоя на толщину одной-двух стружек (до 1-1,5 м – это длина забойного блока Р) и выборе определенного соотношения скоростей напора и подъема достигается рациональный режим черпания, исключающий трение лобовой стенки ковша о породу.

Высота забоя в мягких породах не должна превышать максимальной высоты черпания экскаватора во избежание образования нависей и козырьков. В сыпучих породах допускается увеличение высоты забоя до безопасного предела в зависимости от конкретных условий. Минимальная высота забоя, обеспечивающая наполнение ковша экскаватора за одно черпание, составляет не менее 2/3 высоты напорного вала экскаватора.

Положение экскаватора относительно забоя и ширина заходки определяются экскавируемостью породы и видом применяемого транспорта. Минимальное расстояние между нижней бровкой забоя и экскаватором по условиям черпания (см. рис. 7.1) составляет , где  и  - соответственно длина и ширина хода, а по условиям поворота машины , где  - зазор, равный 0,4-0,6 м. Чтобы избежать преждевременного износа и поломок рукояти, черпание обычно производят при радиусе =(0,7÷0,8), а разгрузку – при =(0,8÷0,9).

Часть массива, которую может отработать экскаватор с одного положения, изменяя радиус черпания от минимального до максимального, является зоной черпания (см. рис. 7.1). Фактически отрабатываемая с одного положения зона черпания называется забойным блоком. К призабойному пространству относятся площадка установки экскаватора и зона разгрузки, ограниченная максимальным и минимальным радиусами разгрузки экскаватора (см. рис. 7.1).

При железнодорожном транспорте могут применяться продольные и диагональные нормальные и узкие заходки. Продольныезаходки одновременно являются и панелями. Обычно применяют нормальные заходки для сокращения числа переукладок забойного пути. Ширина нормальнойзаходки ограничивается радиусом черпания экскаватора на уровне стояния. Различают внутреннюю и внешнюю части торцового забоя (заходки). Ширина внутренней части (рис. 5.2)  Ширина внешней части  принимают из условия нормального заполнения ковша без выталкивания породы из забоя. Это достижимо, если угол поворота экскаватора в сторону выработанного пространства не превышает 30-45⁰; при этом (0,5÷0,7) Ширина нормальной заходки=(1,5÷1,7) Удлиненную часть забоя часто отрабатывают с круговым поворотом экскаватора или с предварительной переэскавацией породы в ближнюю часть забоя в период ожидания составов.

При автомобильном транспорте применяют продольные заходки – панели или поперечные заходки. По ширине заходки могут быть нормальными =(1,5÷1,7), узкими (<) и широкими (>). Для подъезда автомашин может быть использовано выработанное пространство сбоку или позади экскаватора. Поскольку перенос и устройство забойных автодорог не требуют больших затрат, а средний угол поворота экскаватора уменьшается и техническая производительность его увеличивается при сокращении ширины внутренней части забоя , часто применяют узкие заходки шириной =(0,7÷1,0) и двухстороннюю погрузку автосамосвалов.

Погрузка мягких пород на конвейеры осуществляется через бункера – питатели, емкость которых в 1,5 раза и более превышает емкость ковша экскаватора. Распространены сквозные продольные нормальные заходки – панели, когда бункер – питатель располагается сбоку от забойного конвейера или над ним (рис. 7.3, а). При наличии убункер - питателя консольного конвейера панель включает две – три нормальные заходки, отрабатываемые между передвижками забойного конвейера (рис. 7.3, б).

При использовании бункер - питателя с консольным конвейером панель может отрабатываться и одной широкой заходкой; экскаватором производится выемка серповидных полос при обходе бункера – питателя по дуге, близкой к 180⁰ (рис. 7.3, в). Панель может включать и две - три продольные широкие заходки или шесть-девять нормальных заходок, если дополнительно между забойным конвейером и бункером - питателем с консольным конвейером устанавливается перегружатель. При отработке панелей поперечными нормальными (рис. 7.3, г) или широкими (рис. 7.3, д) заходками максимальная ширина панели также зависит от вида перегрузочного оборудования (табл. 7.1).

Таблица 7.1

Параметры заходок и панелей при использовании перегружателей (по Г.Р.Буткевичу)

Примечание. - ширина бермы между откосом уступа и забойным конвейером для размещения бункера – питателя,  - минимальное расстояние от нижней бровки уступа до оси забойного конвейера, м ().

Все рассмотренные случае увеличения ширины заходок и панелей принципиально возможны и при погрузке мехлопатами горной массы в средства железнодорожного транспорта через промежуточные бункера – питатели и конвейерные перегружатели.

Верхняя погрузка в торцовом забое сквознойзаходкимехлопатой с удлиненным рабочим оборудованием чаще применяется при железнодорожном транспорте. Заходки обычно нормальные, ширина их определяется также, как при нижней погрузке (рис. 7.4).

Максимальная высота забоя:

по условию использования максимальной высоты разгрузки

, м,                                                            (7.1)

где  - высота транспортного сосуда от кровли уступа, м;  - безопасный зазор между кузовом и ковшом в момент разгрузке (0,5÷0,7м);

Рис. 7.4. Забой мехлопаты при верхней погрузке

по условию полного использования радиуса разгрузки

, м,                                                     (7.2)

где  - радиус разгрузки при максимальной ее высоте, м;  - безопасное расстояние от оси пути до верхней бровки уступа (=2,5÷3м и более);  - угол откоса уступа, градус.

В устойчивых породах, когда =60÷70⁰, высота уступа ограничивается высотой разгрузки, а в мягких породах – радиусом разгрузки. Иногда для увеличения высоты уступа целесообразно применять узкие заходки. Для этого уменьшают ширину внутренней части заходки до величины

, м                                                           (7.3)

При этом должно соблюдаться условие .

Тупиковые эксплуатационные заходки при железнодорожном транспорте применяют иногда при узких рабочих площадках, что не является нормальным. При автомобильном транспорте разворот автомашин может осуществляться в выработанном пространстве тупиковых широких заходок (40÷60м); поэтому их довольно часто применяют в период разгона верхних уступов карьера после временной консервации, отгона нижнего уступа для нарезки следующего горизонта и т. д.

Применяют тупиковые широкие заходки и при конвейерном транспорте. Забойный конвейер устанавливают в выработанном пространстве заходки и по мере подвигания забоя периодически удлиняют с перемещением бункера – питателя. Ширина панели – широкой продольной заходки при использовании бункера – питателя без консоли (рис. 5.5, а), с консольным конвейером или перегружателем (рис. 5.5, б) определяется также, как и при выемке широкими сквозными заходками (см. табл. 5.1).

Рис. 7.5. Тупиковые широкие заходки при выемке мягких пород мехлопатой с погрузкой на конвейер

Рис. 7.6. траншейный забой мехлопаты:

1, 2 – борта траншеи при и

Траншейный забой является разновидностью торцового забоя при проведении траншей (рис. 7.6). При любом виде транспорта в сквозных или либо тупиковых заходках по условиям экскавации нормальная ширина траншейного забоя , а минимальная ширина узкого забоя . Фактическая возможная ширина траншей определяется с учетом размещения транспортного оборудования.

Выемка взорванных пород карьернымимехлопатами.

Забоем карьерной мехлопат обычно является весь торец развала или его часть (рис. 7.7). Профиль забоя изменяется вследствие осыпания породы. Высота забоя конкретного экскаватора зависит от кусковатости и связности взорванной породы. В сыпучих мелковзорванных породах, когда отсутствует возможность их внезапного обрушения, (2,5÷2,7), где  - максимальная высота черпания экскаватора. В связно – сыпучих мелковзорванных и сыпучих породах среднейкусковатости=(1,05÷1,15). В связных и крупнокусковатых породах .

Ширина панели (продольныйзаходки по целику) соответствует ширине взрываемого блока. Число заходок по развалу зависит от его ширины, вида применяемого транспорта и модели экскаватора. На практике ширина развала  изменяется от 1,3 до (5÷6).

Рис. 7.7. Торцовый забой мехлопаты при выемке взорванной породы

Рис. 7.8. Выемка пород развала одной и двумя заходками:

I, II и IV – положения осей экскаватора и пути при отработке заходок 1 и 2

При железнодорожном транспорте и сотрясательном взрывании плотных и сильнотрещиноватых полускальных пород выемку взорванной породы ведут одной заходкой (рис. 5.8, а). Взрывные работы ведут перед укладкой забойного пути или после его укладки. Шаг передвижки пути и ширина заходки

; , м,

где  - расстояние между нижней бровкой развала и осью пути м (=2,5÷3м).

При взрывании среднетрещиноватых полускальных пород без подпорной стенки (что характерно для угольных карьеров) развал обычно отрабатывают за две заходки экскаватора (рис. 5.8, б). После отработки первой заходки путь переносят на новую трассу и отрабатывают вторую заходку, после чего взрывают новый блок. Возможная ширина развала по сравнению предыдущим случаем больше на ширине заходки, которой равен и шаг передвижки пути. При взрывании сильно- и среднетрещиноватых скальных пород с подпорной стенкой на рудных карьерах выемку взорванных пород ведут двумя – четырьмя заходками также без предварительной разборки путей. Для ограждения путей на подошве уступа часто оставляют специальные породные валы.

При взрывании крупноблочных скальных пород без подпорной стенки ширина развала взорванных пород может достигать 50-70 м. Пути перед взрывом разбирают на звеня и переносят краном за ожидаемую границу развала или, чаще, вывозят на платформах за пределы взрываемого блока. Для уменьшения числа передвижек путей обычно применяют нормальные заходки (до 1,7), которые оптимальны по суммарным затратам на экскавацию и транспорт.

При автомобильном транспортежесткая взаимосвязь между элементами забоя и положением транспортных коммуникаций на уступе отсутствует. Оптимальна ширина заходки намного меньше, чем при железнодорожном транспорте. Для экскаваторов с ковшом емкостью 4-5 м³ она составляет 5-9 м.

На рудных карьерах по условиям селекции, увеличения объемов взорванной породы и сокращения длины экскаваторных блоков получили распространение сквозные и тупиковые широкие продольные заходки (40÷60м) (рис. 5.9, а), а также сквозные поперечные нормальные заходки длиной до 100 м (рис. 5.9, б). Развал взорванной породы при этом в результате применения соответствующих схем взрывания направлен в основном вдоль фронта уступа, т. е. в сторону широкой заходки или вкрест поперечной заходки. Это позволяет не увеличивать ширину рабочих площадок пропорционально ширине взрываемого блока.

При конвейерном транспорте схемы выемки взорванных пород аналогичны применяемым при выемке мягких пород. Погрузка мелковзорванных пород (в основном угля) осуществляется через бункер – питатель с грохотом (чаще колосниковым).

При взрывании скальных пород необходимы передвижные агрегаты. Характерны сквозные продольные нормальные заходки (рис. 5.10, а). При выемке взорванного бурого угля применяются также тупиковые широкие заходки с удлинением забойного конвейера (рис. 5.10, б). При данной схеме необходимы частые перемещения экскаватора, а на удлинение конвейера затрачивается не менее 40-60 мин.

При верхней погрузке взорванных пород мехлопатами с удлиненным оборудованием развал должен отгружаться за один проход экскаватора. Поэтому ширина развала не должна быть больше ширины нормальной заходки (), высота уступа (для обеспечения указанной ширины развала) (0,7÷1,0).

Рис. 5.10. Выемка взорванной породы мехлопатой с погрузкой на конвейер в сквозной нормальной и. тупиковой широкой заходках:1 - экскаватор; 2 - бункер-дозатор; 3 - забойный конвейер

Возможные типы траншейных забоев во взорванных породах те же, что и в мягких. Аналогично определяются и основные размеры таких забоев и траншейных заходок по условиям экскавации.

Ключевые термины:

слой выемки                                                        канатное   

гидравлическое                                          клиновая зарезка

тяговое усилие                                           ленточнаязарезка       

валики                                                                  челноковая схема       

послойный способ                                               экскавационный способ       

раздельный способ                                    совмещенный способ           

фронтальные                                              высота забоя

ширина панели                                          однородные заходки

сложная раздельная выемка                     раздельное черпание

управляемое обрушение                                     комбинированные способы

Контрольные вопросы

1. Основные технологические параметры механических лопат.
2. Отличительные особенности выемки мягких пород.
3. Расскажите о выемке взорванных пород карьернымимехлопатами.
4. Способы простой раздельной выемки.
5. Как производится выемка в сложных забоях.

Рекомендуемая литература по разделу:

1. Анистратов Ю. И. Технология открытой добычи руд редких и радиоактивных металлов. – М., Недра, 1988.
2. Горная энциклопедия в 5-ти томах. М., Советская энциклопедия, 1986.
3. Мельников Н. В. Краткий справочник по открытым горным работам. М., «Недра», 1974. 424 с.
4. Ржевский В. В. Открытые горные работы. Часть 1. – М., Недра, 1985.
5. Ржевский В. В. Процессы открытых горных работ. М., «Недра», 1978. 542 с.
6. Симкин Б. А. Технология и процессы открытых горных работ. М., «Недра», 1970. 215 с.
7. Томаков П. И., Манкевич В. В. Открытая разработка угольных и рудных месторождений. М., Изд. МГГУ, 1995. 611 с.
8. Технология открытой разработки месторождений полезных ископаемых, ч. I. Под общей ред. М. Г. Новожилова. М., «Недра», 1971. 635 с.
9. Типовые элементы открытых разработок горнодобывающих предприятий черной металлургии. Л., изд. Гипроруды, 1971. 293 с.
10. Теория и практика открытых разработок. Под общей ред. Н. В. Мельникова. М., «Недра», 1979. 512 с.

Шешко Е. Ф. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых. М., Углетехиздат, 1957. 495 с.

{/spoilers}