Технологические и физико-технические основы работ (типы забоев и заходок, экскавируемость горных пород в массиве и разрушенных взрывом).
Технологическая оценка основных видов выемочного оборудования.
Под выемкой и погрузкой горных пород понимают процессы отделения от массива мягкой или предварительно разрыхленной крепкой породы и последующую ее погрузку в средства транспорта или в отвал.
Поскольку в качестве основных средств механизации на карьерах используют экскаваторы, выемка и погрузка сливается в один процесс - выемочно-погрузочные работы.
Выемка сыпучих, мягких и плотных пород обычно производится непосредственно из массива, а разрушенных (взорванных) пород - из развала горной массы или разрыхленного слоя.
Поверхность горных пород в массиве или развале, являющаяся объектом выемки, называют забоем.
При выемке пород из массива забоями могут быть следующие поверхности уступа: торец, площадка, продольный откос.
При выемке разрушенных пород забоями могут быть торцовый, продольный откос развала, иногда его верхняя поверхность.
Соответственно забой называют:
- торцовым,
- продольным,
- забоем-площадкой.
Чаще всего продольный откос уступа совпадает с фронтом его работ и продольный забой называют фронтальным.
Разновидность торцового забоя - траншейный забой.
Продольный и торцовый откосы относятся к разрабатываемой части уступа или развала.
Забои всех типов по структуре могут быть:
- однородными (простыми), если породы имеют сравнительно одинаковые свойства,
- разнородными (сложными), если в их пределах перемежаются породы или руды с разными свойствами.
В простых забоях производится валовая (сплошная) выемка пород, в сложных - валовая или раздельная выемка.
Выемка пород любого типа осуществляется слоями выемки, толщина которых (десятки сантиметров) определяется глубиной внедрения в забой рабочих органов выемочных машин.
В пределах слоя выемка проводится стружками, ширина которых определяется шириной режущего рабочего органа выемочной машины (ковша экскаватора, лемеха бульдозера, скрепера).
При разработке слоя забой перемещается в нормальном к нему направлении:
- фронтальный и торцовый - в плане,
- забой-площадка - вниз.
Форма забоев экскаваторов типа мехлопата округлая в плане и вогнутая в профиле, что предопределяется характером движения ковша и поворотами экскаватора., а забой бульдозера или драглайна имеет клиновидную форму.
По взаимному расположению забоя и горизонта установки экскаватора различают способы выемки и погрузки:
- верхним черпанием (верхнюю погрузку) - забой выше горизонта машины,
- нижним черпанием (нижняя погрузка).
При перемещении забоев в пределах определенного участка массива уступа или развала последовательно отрабатываются породные полосы - заходки.
По расположению относительно фронта работ уступа заходки разделяют на:
- продольные (вдоль фронта),
- поперечные (вкрест фронта),
- диагональные.
Ширина заходки при торцовом и забое-площадке соответствует ширине этих забоев, а при продольном забое - толщине одного или нескольких слоев выемки.
По ширине заходки делят на:
- нормальные - положение оси движения выемочных машин по длине заходки постоянно при максимальном использовании рабочих параметров;
- узкие - неполное использование рабочих параметров машин,
- широкие - переменное положение оси движения машин в плане при выемке породы по длине заходки.
По характеру движения транспортных средств при выемке пород в пределах заходок последние делят на:
- тупиковые (движение транспорта только в пределах выработанного пространства отрабатываемой заходки),
- сквозные (движение транспорта в пределах всей длины заходки).
Выемка (копание) пород в массиве производится последовательным отделением стружек в слое выемки.
Процесс копания характеризуют величиной удельного сопротивления копанию КF (МПа)., которая зависит не только от прочности породы в куске, но и от трещиноватости массива - чем более трещиноват массив, тем меньше КF.
Снижение усилия копания достигается уменьшением толщины стружки, применением свободной схемы копания (с дополнительными поверхностями обнажения), использованием силы тяжести породы для самообрушения ее в верхней части забоя, уменьшением длины стружки.
В качестве физико-технической основы сопоставления пород по экскавируемости, зависящей только от свойств и состояния пород, используют относительный показатель трудности экскавации породы Пэ, который учитывает прочность пород на сжатеи, сдвиг, растяжение, удельный вес пород. По трудности экскавации породы делят на пять классов с величиной Пэ от 1 до 25.
Карьерные выемочные машины разделяют на:
1. По принципу действия
- оборудование цикличного и непрерывного действия,
2. По функциональному признаку - на выемочно-погрузочные (экскаваторы, одноковшовые погрузчики), выемочно-транспортирующие (скреперы, бульдозеры, одноковшовые погрузчики) машины.
Экскаватор - самоходная машина цикличного (одноковшовые) или непрерывного (многоковшовые) действия.
Одноковшовый (прямая и обратная механическая лопата, драглайн) и многоковшовый (цепной, роторный).
Экскаваторы цикличного действия последовательно выполняют операции копания и перемещения горной массы в ковше, поворачиваясь вокруг своей оси.
Многоковшовые экскаваторы непрерывного действия производят выемку и погрузку горной массы в результате движения ковшей по круговой траектории.
У механической лопаты ковш жестко скрепляется с рукоятью.
У драглайна ковш подвешивается к стреле на стальном канате.
Из экскаваторов с жесткой связью наиболее широко применяются экскаваторы карьерные гусеничные ЭКГ-5А, ЭКГ-8и, ЭКГ-12,5, ЭКГ-20, а также гидравлические (прямая и обратная лопата) ЭГ-8, ЭГ-12 и ЭГ-20.
Особенность гидравлического экскаватора - использование гидропривода рабочего оборудования, поворотной платформы и механизма хода.
Гидропривод обеспечивает одновременную подвижность стрелы, рукояти и ковша, большие усилия копания.
Экскаваторы вскрышные гусеничные ЭВГ-35/65, ЭВГ-15/40, ЭВГ-100/100 имеют стрелу и рукоять увеличенной длины и предназначены в основном для непосредственного перемещения породы в отвал.
Драглайны - шагающие экскаваторы типа ЭШ-10/60, ЭШ-15/90, ЭШ-100/100 - используются на карьерах для перевалки пород в выработанное пространство из забоев, расположенных как ниже, так и выше горизонта установки экскаватора.
При емкости ковша 4-10 м3 их используют для погрузки в автомобильный и железнодорожный транспорт.
При подводной добыче применяют грейферы - челюстный ковш подвешен на канатах.
Цепные многоковшовые экскаваторы имеют рабочий орган - ковшовую раму для направления цепи с ковшами.
Один конец рамы шарнирно закреплен на корпусе, другой подвешен на укосине и полиспастах.
Выемка породы из забоя производится ковшами емкостью 250-4500 л, которые прижимаются к забою массой рамы.
Передвигаются на железнодорожном, гусеничном или шагающем ходу.
Недостатки: сезонность работы, использование рабочего органа для перемещения породы по забою до пункта разгрузки обуславливает большой износ направляющих и ковшовой цепи, снижает усилие копания, увеличивает энергоемкость процесса.
Роторные экскаваторы имеют рабочий орган в виде роторного колеса диаметром от 2,5 до 18 м с ковшами, установленным на конце стрелы. Число ковшей изменяется от 6 до 12, а их емкость от 300 до 8000 л.
Марки экскаваторов - ЭРГ-1600 40/10-31 - 1600 - емкость ковша, л; 40 - высота черпания, м; 10 - глубина черпания, м; 31 - ход выдвижения стрелы, м.
Недостатки: сезонность работы, налипание на рабочий орган и конвейерные ленты влажных и вязких глин, большие динамические колебания роторной стрелы у крупных моделей.
Главным у многоковшовых экскаваторов является поточность всего комплекса процессов выемки, транспортирования, разгрузки и отвалообразования.
Но их применение возможно только на рыхлых породах и в теплое время года.
Колесные скреперы экономичны на выемке мягких и механически разрыхленных плотных и полускальных пород при дальности транспортирования до 0,5 км (до 2 км на россыпях).
Их недостаток - сезонность работы, резкое снижение производительности с увеличением длины транспортирования, кусковатости (более 40 см) и обводненности.
Бульдозеры характеризуются мобильностью, маневренностью, высокой проходимостью и простотой конструкции.
Используются для выемки пород на россыпях, строительных карьерах при дальности транспортирования 100-200 м.
Одноковшовые погрузчики имеют высокую мобильность, небольшие размеры, меньшую металлоемкость на 1 м3 емкости ковша и в 1,5-2 раза меньшую стоимость по сравнению с экскаваторами той же производительности.
Представляют собой колесное самоходное шасси с опускающейся стрелой, на конце которой шарнирно закреплен ковш. Работает по челночной схеме погрузки.
В табл.1. приведены максимальные показатели выемочно-погрузочного оборудования.
Таблица 1.
| Оборудование | Qк, м3 | Н, м | Пэ | D, м | L, м | П, м3/ч |
| Погрузочно-транспортирующие машины | ||||||
| Колесные скреперы | 0,5*1 | 3-4 | 0,4 | |||
| Бульдозеры: | ||||||
| гусеничные | 15*2 | 0,7*1 | 7-8 | 1,5 | 1000*3 | |
| колесные | 15*2 | 0,7*1 | 5-6 | 1,0 | 800*3 | |
| Одноковшовые погрузчики | 6-7 | 2,0 | 1200*3 | |||
| Выемочно-погрузочные машины с жестким закреплением рабочего органа | ||||||
| Прямые мехлопаты | 12-16 | 4,0 | ||||
| Обратные мехлопаты | 7-8 | 0,8 | ||||
| Цепные экскаваторы | 4,5 | 0,4 | ||||
| Роторные экскаваторы | 6,5 | 0,5 | ||||
| Выемочно-погрузочные машины с гибкой подвеской рабочего органа | ||||||
| Драглайны | 8-10 | 2,0 | ||||
| Канатные скреперы | 2-3 | 0,4 | ||||
| Грейферы | 2-3 | 0,7 | ||||
Примечания: Qк - емкость ковша,
Н - высота уступа,
D - допустимый диаметр куска,
L - дальность перемещения породы,
П - паспортная производительность,
*1 - толщина стружки, *2 - объем призмы волочения, *3 - при дальности перемещения 5-7 м.