Процессы открытых горных работ

,м

Число скважин во взрывном блоке

,скв.

Суммарная длина скважин

,м

Суммарная масса заряда ВВ

,кг

Радиус зоны, опасной для зданий и сооружений при короткозамедленном взрывании

,м

Выход горной массы с 1 м скважины

,м³ / м

или ,м³ / м

Общая длина скважин, которую необходимо пробурить за год

,м

где А_гм - годовая производительность карьера по скальной горной массе, м³;

= (1,05 1,1) - коэффициент потерь скважин.

В случае, если подготовка всей горной массы в карьере осуществляется буро-взрывным способом

А_гм = А_в + А_р,

где А_р,А_в - годовая производительность карьера по полезному ископаемому и вскрышным породам соответственно, м³;

к_т - текущий коэффициент вскрыши, м³ / м³.

Необходимое количество буровых станков в карьере

,станков

где Q_б = (60 100) м/смен. - сменная производительность бурового станка; n_б - количество смен бурения одним станком в году, смен.

Полученное дробное значение не округляем до целого.

Списочное количество буровых станков

,станков

где n_сп = 1,2 - коэффициент резерва.

Полученное списочное количество буровых станков округляем до целого в большую сторону.

Выемочно-погрузочные работы.

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. Выемку и погрузку горных пород выполняют, как правило, одной машиной или комплексом машин.

При выемке мягких пород из массива забои могут быть торцовые, продольные, тупиковые. При выемке полускальных и скальных горных пород забои бывают торцовые или продольные. Выбор типа забоя зависит как от свойств разрабатываемых горных пород и условий их залегания, так и от типа применяемого выемочно-погрузочного оборудования.

Торцовый забой типичен при выемке пород одноковшовыми и роторными экскаваторами как из массива, так и из развала. Он применим также при разработке россыпных месторождений бульдозерами и колесными скреперами. Разновидностью торцевого забоя является траншейный (тупиковый) забой.

Продольный (фронтальный) забой используют при применении многочерпаковых цепных экскаваторов на рельсовом ходу, при выемке пород из массива бульдозерами или колесными скреперами. При выемке разрушенных скальных пород из развала продольным забоем используют одноковшовые погрузчики, а также одноковшовые экскаваторы при селективной выемке руды и вмещающих пород.

По взаимному расположению забоя и горизонта установки выемочно-погрузочной машины различают выемку верхним, нижним и смешанным черпанием. Аналогично различают и способы погрузки - верхнюю, нижнюю и смешанную. На рудных карьерах отработку уступов осуществляют полосами породного массива вдоль фронта работ. 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, Полосы уступа или развала, отработка которых связана с подвиганием выемочно-погрузочных машин, называют заходками.

При всех типах забоев заходки по ширине делят на нормальные, узкие и широкие. В нормальных заходках выемку породы производят при постоянном положении оси движения экскаватора по длине заходки и максимальном использовании их рабочих параметров. Узкие заходки отличаются от нормальных неполным использованием рабочих параметров выемочно-погрузочных машин при постоянном положении их оси перемещения вдоль заходки. Широкие заходки характеризуются переменным положением оси движения выемочных машин в плане.

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.

РАЗРАБОТКА ГОРНЫХ ПОРОД МЕХАНИЧЕСКИМИ ЛОПАТАМИ

Наибольшее распространение на современных рудных карьерах получили одноковшовые экскаваторы типа прямых механических лопат. Их применяют для выемки и погрузки плотных, мягких, сыпучих горных пород, а также для погрузки предварительно разрыхленных полускальных и скальных горных пород.

Прямые механические лопаты - экскаваторы верхнего черпания с нижней погрузкой. При установке на экскаваторах удлиненного рабочего оборудования они могут быть использованы для верхней погрузки.

Выпускаются прямые механические лопаты строительного (универсального), карьерного и вскрышного типов. Строительные экскаваторы выпускают с ковшами от 0,5 до 2 м³ применяют на больших карьерах строительных материалов. Карьерные механические лопаты выпускают с ковшами вместимостью от 2,5 до 20 м³ и применяют для погрузки пород любой крепости. Эти экскаваторы имеют жесткую связь рабочего органа с рабочим оборудованием, позволяющим развивать высокие напорные усилия, многодвигательный электрический привод и гусеничный ход. Вскрышные механические лопаты выпускают с ковшами вместимостью от 6 до 100 м³. Используют в основном для разработки мягких и плотных горных пород с перемещением их в отвалы в отработанном пространстве карьера.

Рабочим местом экскаватора является забой. Геометрические размеры забоя зависят от параметров экскаватора и свойств разрабатываемых горных пород. Форма забоя должна обеспечивать максимальную производительность экскаваторов. Это достигается установлением рациональных размеров забоя и правильным определением места установки экскаватора.

Выемка пород механическими лопатами может производиться в торцовом или продольном забое (рис.). Наиболее рациональна выемка горных пород механическими лопатами в торцовых забоях при сквозных заходках.

В этом случае обеспечивается максимальная производительность экскаватора, так как средний угол его поворота в сторону погрузки не превышает 90°, наиболее удобна подача транспортных средств под погрузку, минимальны простои из-за перемещения транспортных коммуникаций. При выемке продольным забоем средний угол поворота экскаватора в сторону погрузки возрастает до 120 - 140° и необходимы частые его передвижки из-за малой ширины забоя. Это значительно снижает производительность экскаватора.

Применение тупиковых заходок наиболее характерно при проведении траншей с нижней погрузкой. Тупиковые заходки применяют также на уступах в период реконструкции карьера при расширении сокращенных или ранее погашенных рабочих площадок.

При применении тупиковых заходок наблюдается наибольшее снижение производительности экскаваторов - до 20 - 30% от эксплуатационной, так как средний угол поворота в сторону разгрузки возрастает до 180° и увеличивается время на транспортно-обменные операции. При разработке мягких и плотных горных пород профиль забоя механической лопаты соответствует траектории движения ковша и имеет угол откоса 70 - 80°. Толщина срезаемых стружек составляет 0,2 - 1,0 м. Максимальная высота забоя (уступа) механической лопаты h_у при нижней погрузке не должна превышать максимальной высоты черпания H_чmax. Минимальная высота забоя должна обеспечивать наполнение ковша экскаватора за одно черпание. Для экскаваторов ЭКГ-5 эта высота составляет 2,5 м, а для ЭКГ-8И - 3,5 м.

Ширина забоя при разработке мягких пород зависит от рабочих размеров экскаватора и вида применяемого карьерного транспорта. Так, при железнодорожном и конвейерном транспорте уступы, как правило, отрабатывают торцовыми забоями с продольными заходками. Размеры этих заходок определяются радиусом черпания экскаватора на горизонте его установки, м:

,м

При автомобильном транспорте применяют как сквозные продольные, так и поперечные заходки. В этом случае заходки могут быть нормальными, узкими и широкими.

Ширина торцового забоя с тупиковой заходкой принимается равной А_тр=2R_чу. Установленную таким образом ширину забоя проверяют и уточняют по условиям размещения транспортного оборудования. При ширине забоя, превышающей 2R_чу,экскаватор перемещается по зигзагообразной траектории или разработка осуществляется поперечными заходками. При разработке полускальных и скальных взорванных пород забоем механической лопаты обычно является весь торец развала или его часть. Профиль забоя изменяется вследствие осыпания породы, стремящейся расположиться под углом естественного откоса. Высота забоя в этих условиях зависит от высоты развала взорванной горной массы, которая, в свою очередь, не должна превышать 1,5 H_чmax.

Ширина продольной заходки по целику соответствует ширине взрываемого блока и определяется параметрами буровзрывных работ. Число экскаваторных заходок по развалу зависит от его ширины, типа экскаватора и вида применяемого транспорта. При железнодорожном транспорте можно применять технологическую схему, обеспечивающую уменьшение объемов работ по переукладке железнодорожных путей. В этом случае формируют развал с целью уборки взорванной породы за две экскаваторные заходки. После первой заходки пути переукладывают в новое положение для отгрузки породы из второй заходки, а также из первой заходки последующего взорванного блока. При использовании конвейерного транспорта схемы выемки взорванных пород аналогичны. Погрузку мелковзорванных пород осуществляют мехлопатой на конвейерную ленту с помощью самоходных виброгрохотильных установок. При значительной кусковатости пород применяют передвижные грохотильно-дробильные агрегаты типа СДА-1000 (2000) и ДПА-2000.

При применении автомобильного транспорта жесткая взаимосвязь между элементами забоя и положением транспортных коммуникаций на уступе отсутствует. На рудных карьерах получили распространение сквозные и тупиковые широкие продольные заходки (А_ш = 40-60 м), а также поперечные заходки нормальной ширины. В результате применения специальных схем развал взорванной породы располагают вдоль фронта горных работ на уступе, что обеспечивает сокращение ширины рабочих площадок. Производительность механических лопат зависит от кусковатости экскавируемых пород, их прочности и плотности, степени связанности пород в развале. При хорошей организации буровзрывных и выемочно-погрузочных работ годовая производительность экскаваторов достигает: ЭКГ-5 2 - 2,5 млн. м^3,ЭКГ-8И 3,5 - 4 млн. м³,ЭКГ-12,5 5,5 - 6 млн. м³.

При разработке забоев сложного строения, содержащих наряду с кондиционными сортами полезного ископаемого некондиционные и пустую породу, применяют специальные способы раздельной выемки и погрузки горной массы, обеспечивающие повышение качества добываемого полезного ископаемого, а также снижение затрат на его переработку. Возможность и целесообразность селективной выемки устанавливают на основании технико-экономических расчетов.

Методы селективной экскаваторной выемки подразделяют на простые и сложные. Простая селективная выемка заключается в обособленной выемке и погрузке различных сортов руды и породы в плане уступа без дополнительной их сортировки по высоте забоя. Сложная селективная выемка включает весь комплекс специальных приемов разработки и сортировки рудной массы в забое по высоте уступа. Простую селективную выемку ведут узкими заходками, нормальными заходками, выборочной погрузкой, послойной отработкой уступа; сложную селективную выемку - управляемым обрушением, раздельной и комбинированной выемкой.

Управляемое обрушение осуществляют подработкой нижней части забоя в порядке, зависящем от расположения полезного ископаемого в развале. Раздельная выемка достигается регулированием толщины стружки и степени наполнения ковша экскаватора. Отработку забоя начинают, как правило, с верхних слоев.

К комбинированным относят методы послойной сортировки, сортировки по фракциям (крупности кусков), различные сочетания раздельной выемки с управляемым обрушением.

ПРИМЕНЕНИЕ ДРАГЛАЙНОВ И ФРОНТАЛЬНЫХ ПОГРУЗЧИКОВ

При разработке мягких вскрышных пород и полезного ископаемого на рудных карьерах применяют драглайны. В настоящее время в России выпускают восемь базовых моделей драглайнов с ковшами вместимостью от 4 до 125 м³. Их используют для перевалки вскрышных пород в отвалы, проведения траншей, возведения насыпей, разработки обводненных пород и затопленных водой участков.

Забой драглайна обычно торцовый, реже фронтальный. Параметры забоя зависят от места расположения драглайна и способа черпания. Забой может отрабатываться нижним, комбинированным и верхним черпанием. При разработке уступа нижним черпанием драглайн располагают па верхней площадке уступа за пределами возможной призмы обрушеипя. В этих условиях высота забоя зависит от глубины черпания и угла его откосов. Драглайн располагают на промежуточном горизонте н отрабатывают два подступа нижним и верхним черпанием.

При верхнем черпании драглайн располагают па нижней площадке уступа, при этом угол откоса забоя не превышает 20 - 25°. Высота забоя 0,8 Н_р, где Н_р - высота разгрузки, м. Верхнее черпание эффективно только для мощных драглайнов с ковшами вместимостью 15 - 20 м³ и более.

Максимальная ширина заходки драглайна в торцовом забое, м

,

где R - радиус черпания драглайна, м; - углы поворота экскаватора при черпании, градус.

Драглайны с ковшами вместимостью до 10 - 15 м³ используют также для погрузки породы в транспортные средства. Наиболее рациональной схемой в этих условиях является схема с применением бункеров-перегружателей, которые используют при погрузке породы драглайнами на конвейеры, в железнодорожные вагоны или средства гидравлического транспорта (землесосные установки). Во всех рассмотренных примерах драглайнами отрабатывают сквозные продольные заходки. Для увеличения ширины заходок и уменьшения числа передвижек транспортных коммуникаций вдоль фронта горных работ на уступах устанавливают передвижные бункера-питатели и конвейерные перегружатели.

Одноковшовые погрузчики применяют на рудных карьерах для выемочно-погрузочных, а в некоторых случаях и транспортных работ (при небольших расстояниях перемещения).

Отечественные погрузчики имеют ковши грузоподъемностью 2; 3,2; 5 т; предусмотрен выпуск более мощных погрузчиков с ковшами на 10; 15; 25 и 40 м. Погрузчики выпускают на гусеничном и пневмоколесном ходу. По степени поворота ковша различают погрузчики неповоротные (фронтальные), полуповоротные и полноповоротные. На карьерах наибольшее распространение получили фронтальные погрузчики на пневмоколесном ходу. По сравнению с одноковшовыми экскаваторами они характеризуются меньшей металлоемкостью; снижением динамических нагрузок на кузов автосамосвала при погрузке скальных пород; мобильностью.

Погрузчиками производят выемку мягких пород непосредственно из массива и механически разрушенных или взорванных пород из развала. В комплексе с погрузчиками, как правило, применяют автомобильный транспорт. Схемы работы одноковшовых погрузчиков в забое зависят от их конструктивных особенностей. Тип забоя - торцовый или продольный со сквозными и тупиковыми заходками. По высоте забои подразделяют на низкие до 1 - 2 м; нормальные до 5 - 7 м и высокие - свыше 7 м.

Минимальная ширина заходки одноковшового погрузчика, м

,

где b_к - ширина ковша погрузчика, м;

с - минимально допустимое расстояние между погрузчиком и нижней бровкой уступа (развала), м.

Наиболее высокая производительность у мощных погрузчиков достигается при ширине заходки 12 - 15 м, позволяющей применять рациональные схемы поворота погрузчика и автосамосвала. Основными недостатками, ограничивающими широкое применение погрузчиков на рудных карьерах, являются небольшие параметры рабочего оборудования, ограничивающие высоту разрабатываемых уступов, а также относительно небольшие напорные усилия, которые в ряде случаев бывают недостаточными для разработки крупнокусковых взорванных пород. В настоящее время погрузчики применяют на карьерах по добыче строительных материалов, па карьерах цветных и редких металлов при разработке сложноструктурных забоев.

ВЫЕМКА ГОРНЫХ ПОРОД МНОГОЧЕРПАКОВЫМИ ЭКСКАВАТОРАМИ

Область применения многочерпаковых экскаваторов на рудных карьерах существенно ограничена по сравнению с одноковшовыми из-за их конструктивных особенностей и способности разрабатывать только мягкие горные породы.

Наиболее производительными и прогрессивными выемочно-погрузочными машинами из всех экскаваторов непрерывного действия являются роторные экскаваторы. Они имеют рабочий орган в виде роторного колеса диаметром от 2,5 до 18 м с ковшами вместимостью от 40 до 4000 л и окружной скоростью вращения ротора от 1 до 6 м/с. Выпускают роторные экскаваторы верхнего черпания (при глубине нижнего черпания не более 0,5 диаметра ротора); верхнего и нижнего черпания с нижней погрузкой. По технологическим признакам роторные экскаваторы различают: по производительности (по разрыхленной породе) на малые (до 630 м³/ч) средние (630 - 2500 м³/ч), мощные (2500 - 5000 м³/ч) и сверхмощные (более 5000 м³/ч); по величине расчетного удельного усилия копания (резания): с нормальным - до 0,7 МПа, с повышенным - до 1,4 МПа, высоким - до 2,1 МПа; по способу подачи ротора на забой: с выдвижными и невыдвижными стрелами; по типу ходового оборудования: на гусеничном, шагающе-рельсовом, рельсово-гусеничном и рельсовом ходу; по типу разгрузочного устройства: с разгрузочной консолью и с соединительным мостом. Роторные экскаваторы применяют на вскрышных и добычных работах при разработке угольных и марганцевых месторождений; на карьерах по добыче строительных материалов, на вскрышных работах на железорудных карьерах. Роторными экскаваторами отрабатывают забои торцового и продольного типов со сквозными заходками.

Наиболее распространенными технологическими схемами работы роторных экскаваторов являются: в продольном забое при сквозной заходке с погрузкой горной массы в транспортные средства, расположенные па горизонте установки экскаватора; то же, в торцовом забое нормальной ширины; то же, в широкой панели-заходке с использованием перегрузочных мостов; в торцовом забое при сквозной заходке с верхним и нижним черпанием и нижней погрузкой в транспортные средства. Выемка породы в забоях роторного экскаватора производится вертикальными или горизонтальными стружками.

При разработке устойчивых пород наиболее целесообразна выемка многорядными вертикальными стружками. Горизонтальные стружки и комбинированный способ рациональны в малоустойчивых породах и при селективной выемке.

Максимальная высота уступа определяется максимально допустимым углом наклона роторной стрелы. При отработке верхнего подуступа этот угол составляет 26 - 27°; нижнего - 16-18°. Высота нижнего подуступа практически одинакова при вертикальных и горизонтальных стружках и равна максимальной глубине черпания экскаватора. Угол откоса уступа и угол откоса забоя зависят от физико-механических свойств разрабатываемых пород. В большинстве случаев угол откоса забоя на 5 - 10° больше по условиям устойчивости пород, слагающих забой.

Угол поворота роторной стрелы определяется ее типом и положением в забое: при выдвижной стреле - 85 - 90°, при невыдвижной стреле - 80°, при выемке нижнего слоя - 45 - 90°. Высота одновременно срезаемого слоя зависит от типа пород и изменяется в пределах (0,4 - 0,7) диаметра роторного колеса.

Толщина срезаемой стружки зависит от мощности экскаватора и свойств разрабатываемых пород и достигает 0,3 - 0,5 м. Она регулируется подачей роторной стрелы на забой или отодвиганием экскаватора от забоя.

Многочерпаковые цепные экскаваторы имеют в качестве рабочего органа раму и цепь с черпаками. Угол наклона рамы изменяется с помощью канатной подвески. Экскаваторы выпускают с одной черпаковой рамой только нижнего или верхнего черпания (неповоротные); последовательно нижнего и верхнего черпания (поворотные); с двумя независимыми рамами для одновременного верхнего и нижнего черпания с нижней разгрузкой. Многочерпаковые цепные экскаваторы применяются на угольных и марганцевых карьерах, на вскрышных работах железорудных карьеров, предприятиях горно-химического сырья., а также на карьерах стройматериалов.

Основными типами забоев многочерпаковых цепных экскаваторов являются продольный и торцовый.

Выемку породы в продольном забое производят экскаваторами на рельсовом ходу. При этом забой располагают либо вдоль всего фронта горных работ на уступе, либо делят на отдельные блоки, породу в которых вынимают последовательно. При такой схеме отработки уступа цепной экскаватор непрерывно перемещается вдоль его откоса. Толщина стружки для экскаваторов средней мощности составляет в среднем для песков 10 - 15 см, для глины 5 - 8 см.

Высота уступов, разрабатываемых многочерпаковыми цепными экскаваторами, зависит от длины черпаковых рам и углов откосов уступов. Как правило, она обычно не превышает 30 м при верхнем и 40 м при нижнем черпании.

Выемку породы в продольном забое цепного экскаватора осуществляют одиночными параллельными стружками, многорядными параллельными стружками, треугольными стружками по вееру. Одиночные параллельные стружки отрабатывают неповоротными цепными экскаваторами с жесткой черпаковой рамой без планирующих звеньев. Отработка многорядными параллельными стружками наиболее рациональна для экскаваторов нижнего черпания при наличии выдвижной черпаковой рамы. Выемку треугольными стружками по вееру осуществляют за счет постепенного опускания первоначально расположенной горизонтально черпаковой рамы. При отработке уступа продольными забоями передвижка рельсовых путей вслед за подвиганием фронта работ осуществляется: при параллельных стружках непрерывно - путепередвигателями непрерывного действия, а при треугольных стружках по вееру периодически - с помощью путепередвигателей цикличного действия.

Торцовые забои отрабатывают миогочерпаковыми цепными экскаваторами на гусеничном ходу с верхними и нижними планирующими звеньями. В этих условиях выемку породы производят при повороте экскаватора вокруг вертикальной оси и срезанием стружки по вееру при последовательном опускании черпаковой рамы. Максимальная ширина заходки торцового забоя составляет: при нижнем черпании А_н= (3-3,5) Н_у,при верхнем - А_в= (3,5-4) Н_у, где Н_у - высота отрабатываемого уступа.

Одноковшовые экскаваторы используются на карьерах как основное добычное, вскрышное и отвальное оборудование. Экскаваторы с ковшом вместимостью более 4 м³ относятся к карьерным. В их типаже приняты следующие обозначения:

ЭКГ - экскаватор электрический, на гусеничном ходу. Цифры, стоящие после дефиса, обозначают вместимость основного ковша в кубических метрах. Прямая карьерная лопата используется на мягких, плотных и разрыхленных (полускальных и скальных) породах, при погрузке пород в отвал и транспортные сосуды, установленные на уровне стояния экскаватора или на вышележащем уступе, а также при проходке траншей и на отвальных работах.

ЭШ - экскаватор шагающий. Цифры, стоящие до точки, - номинальная вместимость основного ковша в кубических метрах. Цифры, стоящие после точки, - длина стрелы в метрах. Драглайн применяется на легких, средней крепости или взорванных крепких породах, как с нижним, так и с верхним черпанием при бестранспортной системе разработки, при работе на отвалах, при переэкскавации горной массы, при погрузке в транспортные сосуды или бункер, при строительстве карьеров и проходке траншей.

ЭГ - экскаватор карьерный гидравлический, на гусеничном ходу, прямая лопата. Цифры, стоящие после дефиса, обозначают вместимость основного ковша в кубических метрах.

ЭГО - экскаватор карьерный гидравлический, на гусеничном ходу, обратная лопата. Цифры, стоящие после дефиса, обозначают вместимость основного ковша в кубических метрах. Обратная лопата применяется на тех же породах, что и прямая лопата, при черпании ниже уровня его стояния и погрузке в транспортный сосуд, расположенный на нижележащем уступе или на уровне стояния экскаватора и при проходке траншей.

Буквы А, И, М, С, добавленные к названию, обозначают модификации экскаваторов; Ус - экскаватор с удлиненным рабочим оборудованием для погрузки транспорта, расположенного на уровне стояния экскаватора; У - экскаватор с удлиненным рабочим оборудованием для верхней погрузки.

Экскаваторы с ковшами вместимостью менее 4 м³ относятся к строительным. Индекс названия экскаватора состоит из буквенной и цифровой частей. Буквенная: ЭО - экскаватор одноковшовый универсальный. Цифровая состоит из четырех цифр: первая - номер размерной группы, вторая - тип-номер ходового устройства, третья - исполнение рабочего оборудования, четвертая - порядковый номер модели. Буквы, добавленные к названию, означают модификацию модели.

Определение параметров и показателей экскавации

Выбор модели экскаватора для ведения добычных и вскрышных работ осуществляется с учетом физико-механических свойств горных пород, заданной высоты уступа и установленной высоты развала.

Величина высоты развала H_p должна отвечать условиям

,

где Н_нв - высота расположения напорного вала экскаватора, м;

Н_max - максимальная высота черпания экскаватора, м.

Высота расположения напорного вала экскаватора

.

Техническая характеристика карьерных экскаваторов - механических лопат

Показатели	ЭКГ-8И	ЭКГ-10	ЭКГ-15	ЭКГ-5А	ЭКГ-20А
Емкость ковша, м3	8 ; 10	10; 8; 12,5	15	5,2; 3,2; 7	20; 16; 30
Макс. Радиус черпания на уровне стояния, м	12,2	12,6	15,6	9,0	14,2
Макс. Радиус черпания, м	18,2	18,4	22,6	14,5	23,4
Макс. Радиус разгрузки, м	16,3	16,3	20	12,6	20,9
Макс. Высота черпания, м	12,5	13,5	16,4	10,3	17
Время цикла, с	26	26	28	23	30

Техническая характеристика шагающих экскаваторов - драглайнов

Показатели	ЭШ-6,5.45У	ЭШ-11.70	ЭШ-15.80	ЭШ-10.100	ЭШ-20.90
Емкость ковша, м3	5 - 7	11	15	10	20
Длина стрелы, м	30-45	70	80	100	90
Макс. Радиус черпания, м	43,5	66,5	76,5	93,5	83
Макс. Радиус разгрузки, м	43,5	66,5	76,5	93,5	83
Макс. Высота разгрузки, м	19,5	27,5	32	42	38,5
Макс. Глубина черпания, м	22	35	40	50	42,5
Время цикла, с	39	53	58	58	60

Техническая характеристика карьерных экскаваторов гидравлических

Показатели	ЭГ-6	ЭГ-10	ЭГ-15	ЭГО-8	ЭГ-20
Емкость ковша, м3	6 ; 5	10 ; 8	15 ; 12	8 ; 6	20 ; 16
Макс. Радиус копания,м	13	14	16	21,8	19
Глубина копания, м	-	-	-	12	-
Высота копания, м	13	14	16	16,7	18
Высота выгрузки, м	8 - 9	11	13	12,5	14,8
Расч.производительность,млн.м3/год	2,1	3,4	4,7	2,5	5,85
Время цикла, с	24	24	26	26	28

Ширина экскаваторной заходки

,м

где R_у - радиус черпания экскаватора на уровне стояния, м.

Сменная эксплуатационная производительность экскаватора

,м³ / смен.

где Е- емкость ковша экскаватора, м³ ;Т_см - продолжительность рабочей смены, ч; k_н = (1,050,9) - коэффициент наполнения ковша экскаватора; k_р = (1,31,5) - коэффициент разрыхления горной массы в ковше экскаватора; k_и = (0,70,9) - коэффициент использования экскаватора во времени; t_ц - продолжительность рабочего цикла экскаватора.

Годовая эксплуатационная производительность экскаватора

,м³ / год

где n_см - количество смен работы экскаватора в сутки, смен ; N_эг - количество суток работы экскаватора в год.

При выборе одной модели экскаватора для вскрышных и добычных работ, необходимое количество экскаваторов в карьере

,экск.

А_гм = А_в + А_р - производительность карьера по горной массе, м³ / год.

Полученное дробное значение не округляя до целого.

Списочное количество экскаваторов

,экск.

где n_сп = 1,2 - коэффициент резерва экскаваторов.

Полученное списочное количество экскаваторов округляем до целого в большую сторону.

В случае выбора различных моделей экскаваторов для вскрышных и добычных работ, необходимое количество экскаваторов в карьере определяется отдельно.

РАЗРАБОТКА ГОРНЫХ ПОРОД СКРЕПЕРАМИ

Скрепер относится к землеройно-транспортным машинам, он выполняет процессы выемки породы, перемещения ее на расстояние 0,2 - 6 км и укладки ее в отвал. Он используется в дорожном строительстве и на карьерах для разработки мягких или полускальных предварительно разрыхленных механическим способом пород. Скреперы выпускаются прицепные и самоходные.

Преимущество скреперов заключается в их мобильности, поэтому применение их эффективно для разработки небольших объемов горных пород или, при значительной концентрации этой техники, для выполнения больших объемов в короткое время. Скрепер применяется на рекультивационных работах на карьерах, т. е. при снятии плодородного слоя, а затем, после отработки карьерного поля и планирования отвалов, - при перемещении и нанесении его на поверхность отвала, производстве вскрышных работ при малой мощности мягкой вскрыши, разработке пропластков полускальных пород, проведении капитальных и разрезных траншей и т. п.

Рабочий цикл скрепера состоит из срезания слоя породы с заполнением ковша (рис. а), транспортирования породы на необходимое расстояние (рис. б), разгрузки ковша (рис. в) и возвращения в забой.

Загрузка и разгрузка ковша скрепера осуществляются свободно или принудительно. При свободной загрузке слой снимаемой породы заполняет ковш, перемещая часть загруженной породы внутрь ковша. В этом случае около 40% тягового усилия скрепера затрачивается на преодоление сопротивления породы в ковше. Принудительная загрузка производится с помощью скребкового погрузчика, который устанавливается вместо передней заслонки и принудительно поднимает породу, в верхнюю часть ковша (рис.г).

В нашей стране скреперы выпускаются с ковшом вместимостью от 6 до 15 м³ за рубежом - от 4 до 60 м³. Ширина полосы резания составляет 2200 - 2800 мм, величина заглубления - 250 - 400 мм, расстояние транспортирования - от 2 до 6 км.

Технология разработки горных пород скреперами на карьерах заключается в срезании последовательных слоев породы на горизонтальной или наклонной поверхности. Разработка горизонтальными слоями применяется при малой мощности вскрышных пород, снятии плодородного слоя, подготовке участка карьерного поля к разработке или проведении неглубоких (до 3 м) траншей.

Выемка пород скрепером на наклонной площадке эффективнее вследствие снижения усилий на выемку при движении его под уклон. Эта технология применяется при проведении разрезных и глубоких (от 3 до 18 м) капитальных траншей, при разработке мощной вскрыши. Угол наклона забоя устанавливается в зависимости от физико-механических свойств разрабатываемых пород и изменяется от 10 до 20°. Длина наклонного забоя должна соответствовать расстоянию, на котором происходит заполнение ковша.

Это расстояние определяется по формуле

где Е - вместимость ковша, м³; k_с - коэффициент скрепирования ;

b - ширина полосы резания скрепера, м h - толщина срезаемого слоя, м.

Производительность колесного скрепера зависит от вместимости ковша, длительности цикла, расстояния и скорости транспортирования и свойств разрабатываемых пород. Рабочий цикл складывается из следующих операций: наполнения ковша, транспортирования горной массы до отвала, разгрузки и возвращения скрепера в забой. Наполнение ковша и его разгрузка выполняются во время движения скрепера.

ПЕРЕМЕЩЕНИЕ КАРЬЕРНЫХ ГРУЗОВ

Перевозка горной массы в карьерах относится к одному из основных производственных процессов, который наряду с буровзрывными и выемочно-погрузочными работами определяет технологию открытой добычи полезных ископаемых.

Назначением карьерного транспорта является перемещение из экскаваторных забоев вскрышных пород - к отвалам; полезного ископаемого - к приемным бункерам обогатительных фабрик, к складам полезного ископаемого и т.п.

Количество груза в тоннах, перевозимого карьерным транспортом в единицу времени, называется грузооборотом карьера. Он складывается из грузооборота пустых пород, полезного ископаемого и хозяйственно-технических грузов.

Основные особенности эксплуатации карьерного транспорта относительно небольшие расстояния перемещения транспортных средств (до 10 - 15 км); быстрая оборачиваемость подвижного состава; большая величина грузооборотов и высокая интенсивность движения транспортных средств; наличие значительных уклонов дорог; непрерывное увеличение расстояний транспортирования по мере углубления карьера; необходимость периодического перемещения транспортных коммуникаций на уступах карьеров и отвалов; значительные ударные нагрузки на транспортные средства, особенно при погрузке скальных горных пород.

Карьерный транспорт служит для перемещения горной массы на открытых разработках и представляет собой комплекс устройств и сооружений, объединяющий основное (подвижной состав) и вспомогательное оборудование, транспортные коммуникации, средства управления работой, устройства для технического обслуживания и ремонта. Пунктами погрузки в карьерах (разрезах) служат экскаваторные забои или промежуточные склады, а пунктами разгрузки для вскрышных пород - отвалы, для полезного ископаемого - постоянные или временные склады, приемные бункеры дробильных, сортировочных, обогатительных, агломерационных или брикетных фабрик. В случаях, когда полезное ископаемое из карьера направляется отдаленным потребителям, разгрузка как таковая отсутствует и работа карьерного транспорта завершается передачей груза на магистральный транспорт.

Карьерный транспорт имеет ряд особенностей, отличающих его от транспорта общего назначения: пункты погрузки и разгрузки постоянно меняют свое положение, следуя за фронтом горных работ, что требует периодического перемещения транспортных коммуникаций и оборудования; путь транспортирования из карьера, как правило, прокладывается под большим уклоном; для высокопроизводительного использования погрузочного и транспортного оборудования необходимо взаимное согласование параметров того и другого.

Вид карьерного транспорта определяется в первую очередь средствами перемещения горной массы. Каждому виду транспорта соответствуют определенные оборудование, коммуникации и организация работы. Выбор вида транспорта производится на основе технико-экономических расчетов применительно к конкретным горнотехническим условиям с учетом большого числа разнообразных факторов: условий залегания пласта и рудного тела, производственной мощности карьера, т.е. объема перевозок, характеристики транспортируемого груза, глубины карьера, расстояния транспортирования. С учетом вида карьерного транспорта выбираются схемы вскрытия месторождения и параметры системы разработки.

Основное распространение на отечественных и зарубежных карьерах получили железнодорожный, автомобильный и конвейерный транспорт, применяемые как самостоятельные виды, так и в комбинациях. По прогнозу эти виды транспорта останутся основными на ближайшие 10 - 15 лет. Другие виды транспорта получили меньшее распространение, хотя в определенных условиях они могут быть наиболее эффективными. Карьерный транспорт подразделяют на цикличный (железнодорожный; автомобильный (скиповые подъемники); непрерывный (поточный - конвейерный, гидравлический); комбинированный (различные сочетания цикличного и непрерывного видов транспорта).

В настоящее время наиболее распространен на карьерах железнодорожный, автомобильный и конвейерный транспорт.

Принятый вид карьерного транспорта должен обеспечивать выполнение запланированного грузооборота; минимальное расстояние транспортирования; максимальную производительность выемочно-погрузочного оборудования; возможность при необходимости селективной выемки полезного ископаемого; безопасность работ; минимальную себестоимость перевозки.

ПРИМЕНЕНИЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Железнодорожный транспорт получил распространение на крупных угольных разрезах, а также рудных карьерах. Он обладает следующими достоинствами: возможностью использования различных видов энергии и типов локомотивов, длительным сроком службы подвижного состава (до 20 - 25 лет), надежностью в работе в различных климатических условиях, высокой производительностью. К недостаткам железнодорожного транспорта относят: большие затраты на строительство, ремонт и содержание путей и контактной сети; небольшую (до 35 - 40%о) величину подъема (уклона) пути в грузовом направлении; большие радиусы закруглений железнодорожных путей (свыше 120 - 150 м). Железнодорожный транспорт целесообразно применять на карьерах производительностью по горной массе свыше 25 - 30 млн. т/год при расстояниях транспортирования грузов более 2 - 3 км. Годовой грузооборот на современных крупных карьерах, выполняемый железнодорожным транспортом, достигает 60 - 100 млн. т.

Средства железнодорожного транспорта включают подвижной состав и рельсовые пути. Подвижной состав карьерных железных дорог состоит из локомотивов и вагонов. В качестве локомотивов на современных карьерах применяют электровозы и тепловозы. Наибольшее распространение на карьерах с железнодорожным транспортом получили электровозы. Они экономичны и производительны способны преодолевать сравнительно крутые руководящие уклоны (до 40%о) имеют относительно высокий КПД (до 14 - 16 %). Основным типом карьерных электровозов являются контактные электровозы постоянного тока.

На отечественных карьерах применяют железнодорожные пути с шириной колеи 1524 мм. По назначению пути делятся на стационарные - сохраняющие свое первоначальное положение течение длительного периода времени, пути на транспортных бермах, в капитальных траншеях и на поверхности; временные - перемещаемые вслед за подвиганием фронта горных и отвальных работ (на рабочих уступах карьера и отвалах). Железнодорожный путь по длине делят па участки (перегоны). Пункты, ограничивающие перегоны (станции, разъезды, тосты), называют раздельными обменными пунктами (ОП). От схемы развития путей и организации транспортно-обменных операций на уступах карьера в значительной степени зависит эффективное использование горного и транспортного оборудования.

Эксплуатационная производительность экскаваторов зависит от коэффициента обеспечения забоя порожними составами

,

где t_п - время погрузки состава, ч;

t_о - время обмена груженых и порожних поездов, ч.

Время обмена t_о зависит от скорости движения поезда, длины фронта работ на уступе и схемы путевого развития па уступах карьера и отвалах. Эти схемы выбираются из условия быстрейшего обмена поездов и наилучшего использования экскаваторов и средств транспорта.

Время обмена поездов (ч) при расположении ОП за пределами фронта работ определяют по формуле:

,

где L_c - длина соединительных путей, км;

V_с и V_з - скорость движения поезда соответственно по соединительным и забойным путям, км/ч;

L_фр - длина фронта работ, км; - время на связь между ОП, ч.

Пропускная способность рельсовых путей определяется числом пар поездов, которое может быть пропущено по ограничивающему перегону в единицу времени. За отрезок времени чаще всего принимают сутки.

Пропускная способность для однопутных перегонов, (пар поездов/сутки)

;

для двухпутных перегонов

,

где Т - время работы транспорта, ч/сут;

t_гр - время движения поезда в грузовом направлении, мин;

t_пор - то же, но в порожнем направлении, мин;

- время, необходимое на связь между раздельными пунктами, мин.

Основные схемы путевого развития на уступе при тупиковой организации движения поездов: а, б - при одном экскаваторе на уступе; в, г - при двух экскаваторах.

Провозной способностью (т/сут) называют количество груза, которое переводят по данному перегону за определенный период времени. Ее устанавливают также по ограничивающему перегону:

,

где N_o - пропускная способность ограничивающего перегона, поездов/сут;

n - число вагонов в составе поезда;

q - грузоподъемность вагона, т; f - коэффициент резерва (f = 1,1 - 1,2).

Провозную способность карьерных путей можно повысить за счет увеличения полезного веса локомотивосоставов и пропускной способности путей. Производительность локомотивосоставов (т/смену)

,

где Т_см - время работы состава, ч/смену;

t_об - полное время рейса локомотивосостава, мин.

Число рабочих локомотивосоставов в карьере

,

где Q_сут - суточный грузооборот карьера, т;

n_см - количество рабочих смен в сутки.

ПУТЕВЫЕ РАБОТЫ

Путевые работы являются основными в комплексе вспомогательных работ при железнодорожном транспорте. К ним относятся: возведение и планировка земляного полотна; сборка рельсошпальной решетки; укладка и перемещение путей; балластировка путей и очистка шпальных ящиков ; выправление, рихтовка, текущее содержание и ремонт пути; монтаж, перенос и текущее содержание контактной сети.

Возведение и планировка земляного полотна путей на уступах осуществляются в процессе основной работы выемочными и отвальными машинами по маркшейдерским пикетам. При подготовке трассы путей экскаваторы производят подсыпку полотна, выравнивание его, нарезку кюветов и т. д. Иногда для этого используют экскаваторы строительного типа. Окончательную планировку осуществляют бульдозерами, которые используют также для формирования насыпей и устройства неглубоких выемок. Средняя производительность бульдозеров при планировке составляет 0,6 - 0,8 км/ч. Помимо бульдозеров для этих целей при транспортировании породы на расстояние более 80 - 100 м могут использоваться скреперы с ковшами емкостью 6 - 15 м³. Для планировки земляного полотна и откосов, нарезки канав и кюветов в мягких породах применяют самоходные автогрейдеры, производительность которых при нарезке кюветов достигает 24 км/смену, а при планировке и профилировании земляного полотна - до 55 км/смену. Водоотводные канавы вдоль полотна чаще сооружают отвальными плугами или экскаваторами строительного типа.

Сборка и ремонт рельсошпальных решеток на карьерах часто выполняются непосредственно на трассе пути. При укладке пути с малым радиусом кривизны или изменении его кривизны необходимы перешивка звеньев, укорачивание рельсов или вставка «рубок». На крупных карьерах создаются вблизи станций централизованные звеносборочные площадки и базы, где производятся разборка звеньев, ремонт путевых материалов, сборка звеньев и стрелочных переводов из новых и бывших в употреблении материалов при полной механизации всех трудоемких работ: разгрузки рельсов и шпал из вагонов, загрузки последних в пропиточные ванны или автоклавные шпалопропиточные установки, выгрузки из ванн и цилиндров, укладки пропитанных шпал на стеллажи, а в дальнейшем звеносборочные стенды и т. д. Производительность звеносборочных агрегатов (полуавтоматических звеносборочных стендов и линий) составляет 300 - 500 м готовых звеньев пути в смену при работе бригад из 5 и 14 чел.

Сборочно-разборочные стенды баз и площадок оборудуются рольгангами, козловыми кранами грузоподъемностью 5 - 10 т с пролетом 10 - 32 м, тельферами, электромагнитными плитами (для разгрузки деталей скреплений и рельсов из вагонов), гидравлическими домкратами. Разборка звеньев производится электрокостылевыдергивателями. На крупных базах для этой цели применяют электрогидравлический агрегат - шпалорасшивочную машину. Выправка рельсов производится с помощью рельсоправильных прессов. Для сборки звеньев применяют различный инструмент. Шпалопропиточные установки имеют производительность 5 - 20 тыс. м³ древесины в год.

Укладка рельсошпальных решеток в путь на карьерах чаще всего производится краном с платформы; тяговым средством является локомотив (рис. а). На постоянных путях с радиусом кривых не менее 200 м для укладки звеньев длиной 25 м с железобетонными шпалами могут применяться путеукладочные краны МПС.

На карьерах могут также использоваться: рельсоукладчики для укладки отдельных элементов звеньев (рис. б), двухконсольные тракторные путеукладчики на базе трактора с комплектом платформ и роликовыми конвейерами для перемещения пакетов звеньев (рис. в), тракторные путеукладчики для укладки звеньев длиной 25 м с деревянными и железобетонными шпалами (рис. г), а также путеукладочные поезда (рис. д).

Балластировка железнодорожных путей включает: доставку и разгрузку балласта, разравнивание балластного слоя, укладку балласта под шпалы, подбивку и подштопку шпал, рихтовку и выправку пути.

Для перевозки, механизированной разгрузки, дозировки и разравнивания балласта (щебень или гравий крупностью до 150 мм) используют вагоны-дозаторы. В состав балластировочного поезда входят пять-шесть вагонов-дозаторов. Разгрузка балласта происходит при движении поезда со скоростью 3 - 5 км/ч на всю ширину балластной призмы, по сторонам, в середине пути, на междупутье или на обочину. Расход балласта составляет до 1570 м³ /км. При ремонте пути возможна дозировка балласта для засыпки отдельных шпальных ящиков.

Укладку балласта под шпалы и разравнивание его осуществляют средствами малой механизации и специальными балластировщиками. Для этого используют также путепередвигатели цикличного действия. Целесообразно применение комплекта легких балластировочных машин, включающего гидравлический тракторный дозировщик и ползучий путеподъемник. Подбивка балласта под шпалы осуществляется ручными электрическими шпалоподбойками, а также самоходными шпалоподбивочными машинами вибрационного типа.

Рихтовка и выправление путей выполняются с помощью путепередвигателей цикличного действия, гидравлических домкратов, ручных гидрорихтовщиков, съемных моторных гидрорихтовщиков, самоходных гидрорихтовщиков с упорами для грубой и чистовой рихтовки, подъемно-рихтовочных агрегатов и механизмов.

Перемещение рельсошпальной решетки временных путей является большой по объему и трудоемкой работой. В среднем на 100 тыс. м³ породы, разрабатываемой в карьерах и разгружаемой на отвалах, перемещается соответственно 0,8 - 1 и 0,4 - 0,6 км путей. Различают два основных способа перемещения временных путей на новую трассу: передвижку пути без его разборки и переукладку (перенос) пути отдельными звеньями. Выбор способа перемещения зависит от типа разрабатываемых пород, выемочного и отвального оборудования, ширины заходки, определяющей расстояние (шаг) перемещения пути, объема путевых работ, климатических условий.

Передвижка пути, как правило, вместе с опорами контактной сети основана на использовании подвижности путевой решетки в поперечном направлении. При этом перемещение пути в пределах шага передвижки может осуществляться периодически (циклично) или непрерывно. Переукладка пути отдельными звеньями применяется, главным образом, при выемке взорванных пород одноковшовыми экскаваторами, а при непрерывной выемке - в неблагоприятных климатических и горно-геологических условиях.

По виду применяемого оборудования различается передвижка путей путепередвигателями цикличного действия и тракторами-тягачами.

Путепередвигатели цикличного действия обычно применяют для передвижки путей плужных отвалов на расстояние 2,5 - -4 м. Основные механизмы: подъемно-реечный и захватный. С помощью последнего двухосная платформа путепередвигателя периодически жестко соединяется с рельсами.

Основные операции процесса передвижки пути: установка платформы в пункте передвижки, захват клещами головок обоих рельсов, установка опорного башмака наклоненной в направлении передвижки зубчатой рейки (рис. а), подъем всей платформы вместе с рельсо-шпальной решеткой и одновременно горизонтальное смещение последней под воздействием вертикальной и горизонтальной составляющих направленного по наклонной рейке усилия, развиваемого двигателем внутреннего сгорания (рис. 14.3, б), опускание платформы и рельсо-шпальной решетки на новое полотно, освобождение захватов, подъем рейки и перемещение путепередвигателя к новому пункту передвижки (рис. в).

Основные приемы передвижки: перекидывание и сдвигание. Перекидывание применяют, когда шпалы глубоко вдавлены в породу и оказывают большое сопротивление боковому сдвигу. В этом случае для увеличения подъемного усилия зубчатую рейку устанавливают под углом 5 - -15° к вертикали, и путь вместе с машиной поднимается на 0,5 - 0,6 м до потери равновесия системой. При сдвигании пути (прочное основание, шпалы слабо вдавлены) рейка устанавливается под углом 30 - 40° к вертикали, что позволяет увеличить шаг передвижки. Обычно совместно используют оба приема передвижки: перекидывание на 0,5 - 0,6 м и последующее сдвижение на 0,3 - 0,4 м; общий шаг передвижки составляет 0,7 - 0,9 м. Длина одновременно передвигаемого участка пути составляет 6 - -17 м. Максимальная подъемная сила путепередвигателей равна 250 - 300 кН.

Техническая производительность путепередвигателя зависит от шага и продолжительности цикла передвижки, расстояния между точками установки, состояния пути и его основания, а также времени года.

Сменная производительность путепередвигателя достигает 460 - 550 м пути при общем шаге передвижки 2,8 - 3,2 м (1300 - 1600 м² ). Несмотря на надежность эксплуатации, из-за небольшой производительности и сравнительно высоких затрат передвижка путей путепередвигателями цикличного действия имеет ограниченную область применения. Цикличная передвижка пути тракторами осуществляется подтягиванием рельсо-шпальной решетки «на себя» с помощью крюка, захватывающего подошву дальнего от трактора рельса. Шаг передвижки равен 0,3 - 2 м (иногда 5 - 6 м). Расстояние между пунктами установки трактора вдоль пути составляет 10 - 15 м.

...