Разработка и обоснование инновационных решений на вскрышных работах с использованием экскаваторно-автомобильных комплексов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

На тему: «Разработка и обоснование инновационных решений на вскрышных работах с использованием экскаваторно-автомобильных комплексов»

На современных открытых разработках приходится перемещать значительные объемы полезного ископаемого и особенно вскрышных пород (до сотен тысяч кубических метров в сутки). Транспортирование вскрыши и полезного ископаемого один из наиболее трудоемких процессов технологического комплекса открытых горных работ. Стоимость перемещения горной массы составляет 40-50% общей стоимости вскрышных работ в карьере.

С помощью средств карьерного транспорта горная масса от экскаваторных забоев перемещается до пунктов разгрузки. Разгрузочными пунктами являются: для вскрышных пород отвалы, для полезного ископаемого- устройства для перегрузки с одного вида транспорта на другой, постоянные или временные склады, приемные бункера дробильных, сортировочных, обогатительных, агломерационных или брикетных фабрик.

Карьерный транспорт имеет ряд следующих особенностей, отличающих его от транспорта общего пользования:

Пункты погрузки и разгрузки постоянно изменяют свое положение, следуя за фронтом горных работ, что требует периодического перемещения транспортных коммуникаций и оборудования (железнодорожных путей, автодорог, конвейеров).

Цикл карьерных транспортных средств прерывного действия (железнодорожный, автомобильный и др.) состоит из операций погрузки, движения с грузом, разгрузки и обратного движения порожняком.

Транспортирование из карьера происходит, как правило, на большом уклоне при разработке как глубинных, так и нагорных месторождений.

Для производительного использования горного и транспортного оборудования (экскаваторов и подвижного состава) необходимо взаимное согласование их параметров. Основными требованиями, предъявляемыми к карьерному транспорту, являются: обеспечение заданного грузооборота; бесперебойность работы (точное соблюдение графика движения-для средств цикличного действия и непрерывность потока- для транспортных средств непрерывного действия); возможно меньшая трудоемкость работ (благодаря применению механизации и автоматизации основных и вспомогательных процессов при транспортировании); безопасность движения и ведения работ. Одно из основных положений при выборе схем транспортирования- разделение грузопотоков вскрышных пород и полезного ископаемого, что целесообразно, например, в условиях большой и средней производственной мощности карьеров (если позволяют горно-геологические условия), так как обеспечивает ритмичную и бесперебойную работу всего предприятия. Выбор вида и средств карьерного транспорта определяется рядом факторов и в первую очередь характеристикой транспортируемого груза, расстоянием перевозки, масштабами работ и темпами их развития. От масштабов работ (грузооборота) зависит мощность транспортных средств, а темпы ведения горных работ определяют требования к маневренности средств транспорта.

Открытая разработка месторождений полезных ископаемых -- добыча полезных ископаемых с поверхности Земли с помощью открытых горных выработок. Основные горные выработки открытых разработок месторождений -- капитальные траншеи, обеспечивающие доступ к полезным ископаемым, и разрезные траншеи, подготавливающие карьерное поле к вскрышным и добычным работам.

Вскрышные работы - удаление горных пород, покрывающих полезное ископаемое, при открытой разработке месторождений. Bскрышные работы включают процессы подготовки скальных пород к выемке, выемочно-погрузочные работы, транспортирование и отвалообразование. Bскрышные работы ведутся для создания первоначального фронта добычных работ при строительстве карьеров и в период эксплуатации для сохранения и развития этого фронта. Вскрышные породы, не содержащие полезных компонентов, удаляются во внешние или внутрение отвалы. Eсли вскрышные породы пригодны к использованию как строительное минеральное сырьё (напр., глины, пески, известняки, мел и др.), то они подвергаются дальнейшей переработке (дроблению, сортировке и т.д.).

Cпособ подготовки вскрышных пород к выемке включает: предохранение мягких горных пород от промерзания, их оттаивание, разрыхление крепких горных пород, котоpoe может осуществляться механическими, буровзрывными, гидравлическими, физическими (токи высокой и низкой частоты, терморазрушение) и химическими (растворение и т.д.) способами.

Bыемка и погрузка разрыхлённых вскрышных пород из забоя выполняются, как правило, экскаваторами, землеройно-транспортирующими (колёсными скреперами, бульдозерами) и погрузочно-транспортирующими (одноковшовыми погрузчиками и др.) машинами.

Tранспортирование породы производится железно-дорожным, автомобильным и конвейерным транспортом. Pеже применяются скиповые подъёмники, гидравлический транспорт, подвесные канатные дороги. Иногда для этих целей используют комбинированый транспорт (напр., горн. масса из забоев вывозится автосамосвалами, далее перемещается конвейерным, железно-дорожный, гидравлич. транспортом; по рудоспускам, рудоскатам; по канатно-подвесным дорогам). Oсобенность перемещения вскрышных пород - нестационарное положение забоев и разгрузочных пунктов на отвалах. Bыбор рациональных способов и комплексных технол. схем ведения Bскрышные работы зависит в основном от вида, физических свойств, толщины вскрышных пород, системы разработки, требований охраны окружающей среды и др. Пo характеру работ и времени их выполнения Bскрышные работы подразделяются на горнокапитальные и текущие. Горно- капитальныe вскрышные работы производятся на различных этапах разработки месторождения. K ним относятся вскрышные работы, связанные c удалением вскрышных пород и попутной добычей полезных ископаемых, выполняемых на карьере до ввода его в эксплуатацию на пусковую мощность. Oни включают также возведение первоначальных отвальных насыпей. После пуска карьера до достижения им полной проектной производственной мощности на горнокапитальные. Bскрышные работы приходится часть объёмов пустых пород (определяемых технико-экономич. расчётами) по проходке постоянных вскрывающих выработок (капитальные траншеи и полутраншеи, тоннели, рудоспуски и т.д.). При реконструкции и расширении карьера к горнокапитальным Bскрышные работы относятся проходка постоянных вскрывающих выработок и удаление пустых пород в объёме, определённом технико-экономическими расчётами. Tекущиe вскрышные работы производятся на предприятии в период его эксплуатации. Это - работы по зачистке вскрытых запасов полезных ископаемых, проведению очередных участков разрезных траншей на вскрытых уступах (для увеличения длины фронта работ), удалению покрывающих и вмещающих пустых пород в отвалы.

Удельные затраты на горнокапитальные вскрышные работы обычно больше, чем на горные работы в период эксплуатации карьера. Погашение капитальных затрат осуществляется по т.н. потонной ставкe. Eсли капитальные выработки используются только для части карьерного поля, то потонная ставка рассчитывается делением стоимости этих выработок на запасы полезные ископаемые, подлежащих выемке c их помощью. Эксплуатационные затраты на вскрышных пород погашаются путём прибавки к текущей стоимости добычи единицы п. и. текущей себестоимости единицы вскрыши, умноженной на плановый ("погашения") коэфф. вскрыши. транспортирование вскрышный одноковшовый экскаватор

Характерной особенностью открытых горных работ является необходимость удаления горных пород, покрывающих или вмещающих месторождение полезного ископаемого.

Годовые объемы таких пород, называемых вскрышными, или вскрышей, могут во много раз превышать объемы добываемого полезного ископаемого.

Общее количество вскрышных пород, перемещаемых при разработке месторождения, зависит от принятых значений углов откосов карьера, при которых его боковые поверхности будут находиться в устойчивом состоянии.

Экономическая эффективность открытых горных работ, границы и предельная глубина карьеров в значительной мере определяются относительным объемом вскрыши, который характеризуется коэффициентом вскрыши.

Коэффициент вскрыши показывает, какое количество вскрышных пород необходимо переместить в границах карьера или за его пределы, для того чтобы добыть единицу количества полезного ископаемого. Единицы измерения коэффициентов вскрыши -- т/т, м3/м3, м3/т. Так, если коэффициент вскрыши равен 4 м3/т, то это значит, что на 1 т добываемого полезного ископаемого приходится извлекать из массива 4 м3 пустой породы.

Вскрышные породы можно перемещать из карьера на земную поверхность и укладывать во внешние отвалы, т.е. находящиеся за пределами контуров карьера, или размещать во внутренние отвалы, расположенные в выработанном пространстве в пределах контура карьера.

При разработке месторождений с перевозкой пустых пород во внешние отвалы коэффициент вскрыши может достигать исходя из условия экономичности горных работ 10 м /т, а при перевалке вскрышных пород из забоя непосредственно в отвал -- 20 м /т и более.

Для перевалки вскрышных пород в выработанное пространство, во внутренние отвалы, по периметру карьера используют забойные, стационарные, передвижные и отвальные конвейеры в сочетании с загрузочными и разгрузочными установками, самоходными перегружателями и консольными отвалообразователями.

Для бестранспортной разработки вскрышных пород применяют ленточные отвалообразователи и транспортно-отвальные мосты.

Для перевалки вскрышных пород в выработанное пространство применяют также мощные драглайны, которые устанавливают на кровле вскрышного уступа или на промежуточном горизонте .

Применение многоковшовых экскаваторов, конвейерного транспорта и консольных отвалообразователей позволяет полностью автоматизировать процессы вскрышных работ. Отрицательное влияние на работу вскрышных комплексов оказывают налипаемость и намерзаемость влажных глинистых пород на рабочие поверхности горных машин.

Удельные затраты по отдельным производственным процессам при ведении вскрышных работ с перемещением пород за пределы карьера (по проф. B.C. Хохрякову).

Карьерные экскаваторы. Экскаватором называют землеройную машину, выполняющую операции по отделению грунта от массива и перемещению его в отвал или транспортные средства в пределах зоны досягаемости рабочего оборудования. Экскаваторы оборудуют одним или несколькими ковшами. Б первом случае их называют одноковшовыми, во втором -- многоковшовыми.

Одноковшовые экскаваторы. Рабочий процесс одноковшового экскаватора (экскавация) состоит из последовательно выполняемых операций: отделения грунта от массива, заполнения им ковша, транспортирования грунта в ковше к месту разгрузки, разгрузки грунту из ковша, возвращения последнего в забой на исходную позицию. Совокупность этих операций составляет рабочий цикл экскаватора в результате выполнения которого выдается одна порция продукции в объеме разгруженного аз ковша грунта. По этому признаку в соответствии с принятой ранее классификацией строительных иашин одноковшовые экскаваторы относят к машинам цикличного действия.

По назначению одноковшовые экскаваторы делят на строительные -- для выполнения земляных работ, погрузки и разгрузки сыпучих материалов; строительно-карьерные -- для выполнения работ по назначению строительных экскаваторов, а также для разработки карьеров строительных материалов и добычи полезных ископаемых открытым способом; карьерные-- для работы в карьерах; вскрышные -- для снятия верхнего слоя грунта или горной породы перед карьерной разработкой; туннельные и шахтные--для работы под землей при строительстве подземных сооружений и разработке полезных ископаемых.

Одноковшовые экскаваторы могут разрабатывать грунты выше 8 и ниже 9 уровня своей стоянки соответственно рабочим оборудованием прямой и обратной лопат. Для увеличения рабочей зоны, например, при разработке котлованов больших размеров, на погрузочных и разгрузочных, а также на вскрышных работах на экскаваторы устанавливают рабочее оборудование драглайна 12. Для отрывки глубоких котлованов, ям, колодцев используют рабочее оборудование грейфера 10, для планировочных работ -- специальное планировочное оборудование 11 и т. п. На экскаваторы может быть установлено также крановое, сваебойное и другое сменное рабочее оборудование--всего более 4(1 видов. Одноковшовый экскаватор может иметь только один вид рабочего оборудования или комплектоваться его сменными видами, устанавливаемыми на машину в зависимости от выполняемых работ. В первом случае экскаваторы называют специальными, а во втором -- универсальными. К последним относится большинство строительных экскаваторов. В нашей стране более 90 % выпускаемых одноковшовых экскаваторов являются универсальными. Используемые на массовых разработках горных пород открытым способом специальные карьерные укскавато-ры имеют только один вид рабочего оборудования -- прямую лопату.

Вскрышные экскаваторы имеют одинаковую с карьерными машинами базу и отличаются от последних главным образом размерами рабочего оборудования -- ковшом большей вместимости, увеличенным его вылетом -- расстоянием от оси вращения экскаватора до центра масс ковша. Это позволяет более полно использовать энергетические параметры силовой установки, прочностной ресурс машины и другие характеристики с целью получения наибольшей производительности на. разработке вскрышных грунтов, менее прочных по сравнению с залегающей под ними горной породой. Для работы в карьерах широко применяют мощные шагающие драглайны, которые используют как на погрузке взорванной породы, так и на вскрышных работах. Карьерные и вскрышные экскаваторы, а также шагающие драглайны относятся к горным машинам. Однако их широко используют на строительстве крупных земляных сооружений, например плотин, дамб, водохранилищ, каналов и т. п.

Характеристики карьерных гусеничных экскаваторов

вместимость ковша -- до 50м

длина стрелы -- до 55м

радиус копания -- до 29.06м

высота копания -- до 20.73м

радиус зачистки -- до 20.42м

радиус разгрузки -- до 24м

высота разгрузки -- до 24м

радиус черпания -- до 24.4м

расчётная продолжительность цикла -- до 50с

ширина гусеничной ленты -- до 2400мм

скорость передвижения -- до 2.5км/ч

давление на грунт -- до 0,42МПа

Применение карьерных гусеничных экскаваторов

разработка полезных ископаемых и пород вскрыши

погрузка полезных ископаемых и пород вскрыши в транспортные средства.

Рабочие инструменты карьерных гусеничных экскаваторов

ковш

рукоять

стрела

поворотная платформа

двуногая стойка

нижняя рама

гусеничные рамы

кузов

Классификация карьерных гусеничных экскаваторов по числу гусениц

двухгусеничные карьерные экскаваторы

четырёхгусеничные карьерные экскаваторы

восьмигусеничные карьерные экскаваторы

Вскрышные экскаваторы имеют схожую с карьерными аппаратами базу и отличаются от последних приемущественно размерами рабочего оборудования -- ковшом большей вместимости, увеличенным его вылетом -- расстоянием от оси верчения экскаватора до центра тяжести ковша. Это допускает более много применять энерго характеристики силовой установки, прочностной ресурс машины и остальные свойства с целью достижения большей продуктивности на. разработке вскрышных грунтов, меньше крепких по сопоставлению с залегающей под ними горной породой. Для работы в карьерах обширно используют массивные шагающие драглайны, которые употребляют как на погрузке взорванной породы, так и на вскрышных работах. Карьерные и вскрышные экскаваторы, также шагающие драглайны относятся к горным машинам. Но их обширно употребляют на строительстве больших земельных конструкций, к примеру плотин, дамб, водохранилищ, каналов и т. п.

Одноковшовые экскаваторы отличают по выполнению рабочего оборудования, детали которого бывают сопряжены меж собой и с базой машины шарнирами и канатами либо иметь жесткие шарнирные сочленения. Последние присуши гидравлическим экскаваторам. Жесткое сочленение допускает более много применять массу экскаватора для реализации огромных усилий на зубьях ковша, по этому представляется вероятным разрабатывать грунты с завышенными площадями перпендикулярных сечений срезов, что значительно увеличивает продуктивность этих машин.

Гидравлический привод одноковшовых экскаваторов обеспечивает рабочему оборудованию огромную маневренность, допускает делать выбор более оптимальные рабочие движения. Благодаря значимым преимуществам перед канатными аппаратами гидравлические экскаваторы вообще объеме изготовления одноковшовых экскаваторов в нашей стране составляют более 80 %. В отдельную группу по рассматриваемому признаку выделяют экскаваторы с телескопическим оборудованием, используемым в конструкциям экскаваторов-планировщиков, при помощи которых делают планировочные, зачистные и обыденные экскавашюнные работы.

Одноковшовые экскаваторы производят как самоходные машины, способные перемещаться в границах стройплощадки, также при смене строительного объекта. Для перемещения по грунтам с пониженной несущей способностью используют гусеничные ходовые устройства с увеличенной опорной поверхностью. При нередкой смене строительных объектов для придания экскаваторам большей подвижности их оснастят лневмоколеены-ми ходовыми приспособлениями, употребляя для этого также авто либо тракторную базу, либо особые шасси авто вида. Карьерные и вскрышные экскаваторы оснастят, обычно, гусеничными ходовыми приспособлениями, а массивные драглайны -- шагающим ходом С развитой поверхностью опорной рамы, что допускает понизить удельное давление машины на грунт до допустимых значении.

Проектирование систем карьерного автотранспорта

Основные подсистемы карьерного автомобильного транспорта

Автосамосвал карьерный-- используется для транспортирования вскрышных пород и полезных ископаемых на открытых горных работах. Основные параметры автосамосвалов карьерных: грузоподъёмность (главный показатель), мощность двигателя, колёсная формула и объём кузова. Оптимальный уровень мощности автосамосвалов карьерных различной грузоподъёмности устанавливается на основе технико-экономического анализа.

Её удельная величина (мощность, отнесённая к полной массе самосвала с грузом) 5,1-5,9 кВт/т для машин грузоподъёмностью 27-110 т. Наиболее распространённая колёсная формула автосамосвалов карьерных 4х2 (первая цифра -- общее число колёс, вторая -- ведущих), реже 4х4; для автопоездов с полуприцепами - 6х2 и 6х4. Объём кузова (при определённой грузоподъёмности) зависит от плотности транспортируемого материала. У автосамосвалов карьерных с задней разгрузкой отношение грузоподъёмности к геометрическому объёму кузова 1,7-2 (с учётом объёма т.н. шапки -- 1,4-1,6); у углевозов этот показатель 1,15-1,35 (величина соотношения возрастает с увеличением грузоподъёмности).

Автотранспортные средства, обычно, работают в комплекте с экскаваторами и образуют экскаваторно-автомобильный комплекс (ЭАК). Эти комплексы, в зависимости от складывающихся функциональных связей, могут быть простые и сложные

Ведущим элементом комплекса является экскаватор, поэтому его использование по времени должно быть максимальным, оно достигается за счет применения большегрузных автосамосвалов марки, грузоподъемностью 110 тонн.

Данная структурная схема характеризуется сложными функциональными связями, то есть автосамосвалы подаются к свободному экскаватору.

Вариантное проектирование карьерного автомобильного транспорта

Особенностью формирования транспортной системы карьера является то, что принимаемые решения должны носить долговременный характер и при периодической реконструкции возможно только техническое перевооружение действующих видов транспорта, поэтому необходимо учитывать последовательность развития транспортной системы карьера.

На стадии проектирования, основной задачей является правильный выбор погрузочного транспортного оборудования. В целом задача проектирования транспортной системы карьера решается в три этапа:

Устанавливаются возможные для применения в заданных условиях виды и схемы транспорта.

Выбирается оптимальное сочетание погрузочно-транспортного оборудования и уклоны карьерных автомобильных дорог.

Проводится технико-экономическое сравнение вариантов транспортных систем.

Режим работы транспорта на карьере обычно совпадает с режимом работы самого карьера. Для предварительных расчетов рекомендуется принимать непрерывную рабочую неделю по три смены в сутки для крупных карьеров, производительностью более 25 млн. тонн в год; шестидневную рабочую неделю в две или три смены в сутки для карьеров с производительностью до 25 млн. тонн в год. В проекте принято 255 рабочих дней и 2 рабочих смены.

При планировании развития горных работ с использованием автомобильного транспорта следует исходить величины минимально активного фронта работ, приходящихся на первый экскаватор.

Предусматривается в проекте следующий порядок выбора оптимального типа ЭАК:

С учетом годового грузооборота карьера предварительно подбирается экскаватор по вместимости ковша.

Выбирается соответствующе данному экскаватору автосамосвал по сопряженным рабочим параметрам.

Определяется производительность комплекса и требуемое количество автосамосвалов.

Выбирается простой или сложный ЭАК. В данном проекте принят простой комплекс.

Рассчитываются технико-экономические показатели по комплексу в целом.

Принимается вариант с другим типом экскаватора и автосамосвала. Рассчитываются параметры этого варианта.

Список используемых источников

1. http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_geolog/. A. Cимкин.

2. http://computerchoppers.ru/osnovy-gornogo-dela/2442-vskryshnye-raboty

3. http://www.apr-electro.ru/ekskavatory-karernye

4. http://www.stroiloadmachine.ru

5. http://bibliofond.ru/view.aspx

Размещено на Allbest.ru