Выемка (копание) породы производится последовательным отделением стружек в слое выемки. Процесс копания включает резание (скол) стружки и перемещение срезанной породы по поверхности экскавирующего органа. Расчетная площадь поперечного сечения стружки Fр = tрb, где tр - расчетная толщина стружки (глубина внедрения экскавирующего органа), м; b – ширина стружки, м.
Форма поперечного сечения стружек (тел выкола) и их фактические размеры зависят от схемы копания (рис. 3.5), типа и структуры экскавируемых пород.
Отдельными типами выемочных машин возможно производить копание трещиноватых полускальных пород. Обычно разрушение трещиноватого массива при выемке происходит сразу по нескольким направлениям, и порода экскавируется отдельными структурными телами выкола – происходит «разборка» массива
Процесс копания принято характеризовать величиной удельного сопротивления копанию (МПа)КФ
Для процесса копания полускальных пород характерно резкое изменение усилий и скорости движения экскавирующего органа К Ф. На величину КF влияет и тип применяемой выемочной машины (экскавирующего органа). Удельное сопротивление копанию одной и той же породы неодинаково при использовании различного выемочного оборудования.
Влияние схемы копания на величину КF зависит от структуры массива
Каждая модель выемочной машины (например, мехлопаты с ковшами различной емкости) характеризуется расчетным (номинальным) усилием копания Рн, а следовательно, и номинальными размерами стружек при необходимом усилии копания Рн.
на эффективность выемки влияют как физико-технические характеристики горных пород, так и тип применяемой выемочной машины, а также технологиеские параметры забоя. Тип выемочной машины, ее модель и параметры забоя должны соответствовать физико-техническим характеристикам разрабатываемой породы, прежде всего ее экскавируемости, определяемой сопротивлением копанию. Вместе с тем экскавируемость породы, как показано выше зависит от механизации и технологии выемки.
7.4 на эффективность выемки влияют как физико-технические характеристики горных пород, так и тип применяемой выемочной машины, а также технологиеские параметры забоя. Тип выемочной машины, ее модель и параметры забоя должны соответствовать физико-техническим характеристикам разрабатываемой породы, прежде всего ее экскавируемости, определяемой сопротивлением копанию. Вместе с тем экскавируемость породы, как показано выше зависит от механизации и технологии выемки.
Относительный показатель трудности экскавации разрушенных пород определяется по эмпирической формуле
Пэ.р = К3 (А + 10А/К9р), (14.1) где А = 10-2 
gdcр + Gсдв, dcр – средний размер кусков породы в развале, м; -- в кг/м3; g – в м/с2; Gсж – в МПа; К3 – эмпирический коэффициент.
Экскавация связных крупновзорванных скальных пород (Кр 
1.05; dср> 50 см; 
3т/ м3) механической лопатой в ковшом емкостью 3—5 м3 происходит в режиме близком к стопорному. При выемке связно-сыпучих и сыпучих взорванных пород предотвращение стопорение ковша достигается уменьшением глубины его внедрения в забой.
От глубины внедрения ковша зависит скорость черпания Vч и высота черпания hч, необходимая для наполнения ковша. Фактическая высота черпания мехлопатой сыпучих и связно-сыпучих пород меньше расположения ее напорного вала.
Черпание в нижней части развала сопровождается периодическим обрушением породы их средней и верхней частей забоя в результате хрупкого разрушения при переходе в состояние предельного равновесия вследствии подработки.
7.5 Технологическая оценка основных видов выемочного оборудования
Выемка и погрузка, как правило, производится одной машиной или одним комплексом машин. В практике открытых горных работ используют различные виды выемочного оборудования с широким диапазоном технологических качеств.
Удельный вес затрат на выемочно-погрузочные работы в общих затратах на открытую разработку составляет 15—40%.
Карьерные выемочные машины по принципу действия разделяются на оборудование цикличного и непрерывного действия, а по функциональному признаку – на выемочно-погрузочные и выемочно-транспортирующие машины.
К выемочно-погрузочным машинам относятся все экскаваторы, а к выемочно-транспортирующим – скреперы и бульдозеры. Одноковшевые погрузчики в зависимости от выполняемых функций относятся к выемочно-погрузочным или выемочно-транспортирующим машинам.
К оборудованию цикличного действия относятся одноковшовые экскаваторы (лопаты, драглайны) и выемочно-транспортирующие машины, а к оборудованию непрерывного действия – многоковшевые экскаваторы (роторные, цепные) различного рода гребковые машины и др. (табл. 14.2).
Техническая возможность и эффективность использования того или иного вида выемочного оборудования определяются, в первую очередь, экскавируемостью пород, а также типом разрабатываемых месторождений, способом выемки (валовой или раздельной), механизацией смежных процессов (подготовка пород к выемке и транспортирование), климатическими условиями и другими факторами.
Колесные скреперы экономичны при выемке мягких и механически разрыхляемых плотных и полускальных пород (Пэ < 3) при дальности транспортирования до 2 – 3 км. В настоящее время они применяются при разработке строительных горных пород и россыпей, а также на вспомогательных работах.
Бульдозеры, характеризующиеся мобильностью, маневренностью, высокой проходимостью и простотой конструкции, широко используются на вспомогательных работах. В качестве выемочных машин применяют при разработке россыпей, строительных горных пород и сложноструктурных залежей. Прямые механические лопаты верхнего черпания характеризуются высоким усилием копания (до 0.3-0.5 МПа),
Драглайны благодаря гибкой подвеске рабочего органа обеспечивают большую дальность перемещения породы.
Цепные многоковшовые экскаваторы используют для выемки мягких и плотных порд (Пэ< 3)
У роторных экскаваторов разделение функции выемки и транспортирования породы снижает по сравнению с цепными массу экскаватора на единицу производительности, позволяет увеличить усилие копания до 1.0 – 2.1 МПа и уменьшить расход электроэнергии.
7.6 Общие сведения о производительности выемочных машин
Производительность карьерных выемочных машин является одним из важнейших технико-экономических показателей открытых горных работ. Она определяет требуемый парк выемочного оборудования и в большой степени влияет на производительность и требуемый парк транспортного оборудования, производительность труда горнорабочих и затраты на производство горных работ. Целесообразно различать паспортную, техническую, эффективную и эксплуатационную производительность машин.
Паспортная производительность Qп (в литературе она называется также теоретической производительностью) зависит только от конструктивных факторов: мощности двигателей, линейных размеров выемочного оборудования, расчетных объема и формы экскавирующего органа (ковша, лемеха и т. д.), кинематической схемы и расчетно-конструктивных скоростей движения рабочего органа.
Техническая производительность Qт является наибольшей возможной часовой производительностью выемочной машины при непрерывной ее работе в конкретных горнотехнических условиях – при конкретных экскавируемых породах, видах и типоразмерах средств механизации смежных производственных процессов (в первую очередь транспортирования) и параметрах забоев
Коэффициент Кт.н – учитывает время вспомогательных операций, выполняемых наряду с основными операциями выемки и перемещения породы.
Эффективная производительность Qэф является максимальной часовой эксплуатационной производительностью выемочной машины в конкретных горнотехнических условиях. Она учитывает изменение продолжительности основных и вспомогательных операций по сравнению с расчетными их значениями из-за неоднородности экскавируемых пород, изменения параметров забоя, ручного управления машиной, а также потери экскавируемой породы и транспортное обслуживание выемочной машины
Эксплуатационная производительность Qэ характеризует объемом работы, который выполняет или реально может выполнять выемочная машина с учетом действительных затрат времени на технические, технологические и организационные работы и перерывы.
Для предохранения пород от промерзания используют вспашку, глубокое рыхление и боронование поверхности разрабатываемого зимой слоя, создают над ним снеговой или искусственный ледовоздушный покров, а также утепляют поверхность теплоизоляционными материалами или устраивают специальные навесы и тепляки, производят химическую обработку пород.
Вспашка, рыхление и боронование поверхности позволяют уменьшить теплопроводность пород благодаря образования в ней рыхлого слоя.
Вспашку и рыхление производят специальными плугами и рыхлителями на глубину, 0,3 – 0,4 м. Для предохранения от промерзания россыпей площадь обваловывают бульдозером. При глубине промерзания более 0,6 – 0,8 м необходимо утеплять породу дополнительно теплоизоляционными материалами, опилками, шлаками, минеральной ватой, минеральным войлоком и др.
Применение искусственных утеплителей позволяет свести до минимума, а иногда и совсем предотвратить промерзание горных пород.