Сущность выемочно-погрузочных работ.
Выемка и погрузка горных пород является одним из основных процессов технологии добычи полезных ископаемых открытым способом. От выбора выемочно-погрузочных машин и их соответствия конкретным гидрогеологическим условиям в значительной степени зависят основные технико-экономические показатели работы карьера.
На рудных карьерах для выемки и погрузки горных пород чаще всего применяют машины цикличного действия — одноковшовые экскаваторы и фронтальные погрузчики. При удалении из карьерного поля мягких вскрышных пород используют также технику непрерывного действия — многочерпаковые цепные и роторные экскаваторы. Землеройно-транспортные машины (бульдозеры, колесные скреперы и т. п.) применяют на вспомогательных работах (строительство автодорог, планирование рабочих и отвальных площадок и т. д.).
Выемка горных пород — отделение мягких пород от массива уступа или черпанье разрыхленных скальных пород из развала горной массы рабочим органом машины.
Погрузка горных пород — процесс перемещения пород из забоя уступа в транспортные средства или непосредственно в отвал.
Технологические схемы выемки и погрузки.
Выемку и погрузку горных пород выполняют, как правило, одной машиной или комплексом машин.
В качестве выемочно-погрузочного оборудования на карьерах используются экскавационные машины цикличного и непрерывного действия (рис. 4.1).
В машинах цикличного действия (одноковшовые экскаваторы, погрузчики, колесные скреперы, бульдозеры и др.) рабочий орган состоит только из одного ковша или режущего элемента (лемех бульдозера), периодически выполняющего функции выемки и перемещения горной массы. В машинах непрерывного действия (многоковшовые цепные и роторные экскаваторы и др.) ковши (черпаки) перемещаются по замкнутой траектории и создают непрерывный поток груза.
Рисунок 4.1 - Схемы выемочно-погрузочных машин:
а – прямая мехлопата;
б – обратная мехлопата;
в - драглайн;
г - грейфер;
д - цепной многоковшовый экскаватор;
е - роторный экскаватор;
ж - колесный скрепер;
з - бульдозер;
и - шнекобуровая машина;
к - погрузчик
Типы забоев горных машин и выемка пород уступа.
Поверхность горных пород в массиве или развале, являющаяся объектом выемки, называется забоем.
При выемке пород мехлопатами различают следующие типы забоев:
- боковой (торцовый);
- тупиковый (траншейный);
- фронтальный.
Боковой забой обеспечивает максимальную производительность экскаватора, что объясняется небольшим средним углом поворота к разгрузке (не более 90о), удобной подачей транспортных средств под погрузку и минимальными простоями при перемещении и наращивании транспортных коммуникаций.
Тупиковый забой применяется при проведении траншей в основном при использовании автомобильного и конвейерного транспорта. В случае проведения траншей с использованием железнодорожного транспорта экскаватор, как правило, работает с верхней погрузкой.
При фронтальном забое средний угол поворота экскаватора составляет 120 – 140. Из-за малой ширины заходки возникает необходимость более частого наращивания и перемещения транспортных коммуникаций, что значительно снижает производительность экскаваторов. Поэтому фронтальный забой применяется сравнительно редко (при обработке разнородных заходок с использованием автотранспорта).
При выемке пород из массива забоем могут являться следующие поверхности уступа или подуступа: торец уступа, т. е. боковой его откос, образованный при выемке части полосы уступа (рис. 4.2,а, е, ж); площадка уступа (рис. 4.2,б); продольный откос уступа (рис. 4.2, в).
При выемке разрушенных пород забоями также являются торцовый (рис. 4.2, д) или продольный откос развала, а иногда и его верхняя поверхность. Соответственно забой называется торцовым, продольным и забоем-площадкой. Чаще всего продольный откос уступа совпадает с фронтом его работ, и продольный забой называется фронтальным. Разновидностью торцового забоя является траншейный забой. Иногда применяются комбинированные забои, когда одновременно разрабатываются две поверхности уступа или развала, например площадка и продольный откос (рис. 4.2, г). Продольный и торцовый откосы относятся к разрабатываемой части уступа или развала.
Рисунок 4.2 - Типовые схемы забоев
а, д, е, ж — торцовый,
б — забой площадка;
в — фронтальный;
г — комбинированный
Экскавируемость горных пород.
По структуре пород забои могут быть однородными (простыми) и разнородными (сложными). В однородных забоях горные породы имеют одинаковые свойства, а в разнородных - различные (вскрышные породы с различными свойствами, вскрышные породы и полезное ископаемое, полезное ископаемое разных сортов).
Разработка простых забоев осуществляется валовым (сплошным) способом. В сложных забоях выемка полезного ископаемого и вскрыши или полезного ископаемого различных сортов осуществляется раздельно (селективно).
В зависимости от взаимного расположения забоя и горизонта установки выемочно-погрузочной машины различают выемку верхним, нижним и смешанным (верхним и нижним) черпанием. Аналогично различают и погрузку нижнюю, верхнюю и смешанную (рис. 4.3).
Рисунок 4.3 - Схемы работы экскаваторов:
а - с верхним черпанием и нижней погрузкой; б - С верхним черпанием и верхней погрузкой;
в - с верхним и нижним черпанием и с верхней и нижней погрузкой
Техническая возможность и экономическая целесообразность использования на карьерах различного выемочно-погрузочного оборудования зависит от крепости пород, условий залегания полезного ископаемого, требуемой производительности одной машины и карьера в целом, вида механизации смежных процессов (подготовка пород к выемке и транспортирование горной массы), климатических условий, способа выемки (валовой или селективной) и от других факторов.
Полосы уступа или развала, отработка которых связана с подвиганием выемочно-погрузочных машин, называют заходками. Отработка каждой полосы характеризуется новым положением транспортных коммуникаций на уступе. По длине фронта работ на уступе может быть установлено несколько экскаваторов. В этом случае отрабатываемый уступ делят на экскаваторные блоки.
При всех типах забоев заходки по ширине делят на нормальные, узкие и широкие.
По характеру движения транспортных средств под загрузку при выемке пород в пределах экскаваторных блоков выделяют тупиковые и сквозные схемы движения.
Тупиковые схемы характеризуются движением транспортных средств только в пределах выработанного пространства.
Сквозные схемы позволяют организовать движение транспортных средств вдоль всего экскаваторного блока (рис. 4.4).
Рисунок 4.4 - Типовые схемы заходок:
а — тупиковая траншейная продольная; б — тупиковая эксплуатационная продольная; в — сквозная нормальная