Лекции открытые горные работы

 

 Рис. 3.1. 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

Драглайны благодаря  гибкой подвеске рабочего органа, обеспечивают перемещение горной массы на большее  расстояние, чем мехлопаты. Однако они  развивают меньшие усилия черпания, чем мехлопаты. На карьерах драглайны  используются в основном для выемки и перевалки и выработанное пространство мягких и разрыхленных полускальных пород. Более мощные драглайны с ковшом вместимостью 10 м3 и более применяются для разработки хорошо разрыхленных скальных пород. Драглайны используются также для возведения насыпей, проведения траншей, канав, зачистки полезных ископаемых и выполнения других работ. Небольшие и средние драглайны с ковшом вместимостью < 10 м3 иногда используются для погрузки горной массы в транспортные средства.

Цепные многоковшовые  экскаваторы используются для выемки мягких и плотных пород в условиях мягкого климата. Непрерывность выемки и безударность разгрузки позволяют применять их в комплексе с ленточными конвейерами и облегченными вагонами (с более низким коэффициентом тары). Удельная производительность цепных многоковшовых экскаваторов (на 1т их массы) на 25-30% выше, чем у одноковшовых экскаваторов. Недостатком многоковшовых экскаваторов является большой износ направляющих устройств и черпаковой цепи. К недостаткам относятся и небольшие усилия черпания (до 600 Н/см).

Роторные экскаваторы  по сравнению с цепными обеспечивают  разложение массы экскаватора на единицу производительности примерно 1,2-1,4 раза за счет разделения функций выемки и транспортирования горной массы к месту разгрузки. Большие усилия черпания (до 18(| Н/см) позволяют экскавировать плотные и мерзлые горные породы, угли. Роторные экскаваторы эффективно используются для раздельной выемки. Процесс экскавации роторного экскаватора более легко поддается автоматизации.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ МЕХЛОПАТ И ДРАГЛАЙНОВ

Карьерные экскаваторы  являются основным одноковшовым погрузочным оборудованием на открытых разработках. Они имеют рабочее оборудование прямой мехлопаты с ковшом вместимостью 2-20 м , гусеничный ход, многомоторный электрический привод. Карьерные экскаваторы изготовляются из высокопрочных материалов, обеспечивающих их надежную работу в любых климатических условиях при разработке тяжелых скальных пород.

У вскрышных экскаваторов стрела и рукоять имеют увеличенную  длину. Они предназначены в основном для перемещения породы в отвал. Экскаваторы с ковшом вместимостью до 15 м применяются для погрузки горной массы в транспортные средства, расположенные выше горизонта установки экскаватора.

Шагающие драглайны  в нашей стране выпускаются с ковшом вместимостью 4-100 м и стрелой длиной до 125 м. Они предназначены для разработки забоев, расположенных как ниже, так и выше горизонта установки экскаватора и для перевалки породы в выработанное пространство. Шагающий ход обеспечвает перемещение драглайна по насыпной породе. Давление драглайна на основание при работе около 0,1 МПа, а при шагании около 0,2 МПа.

Одноковшовые экскаваторы в  зависимости от назначения и конструктивных особенностей делят на пять типов:

тип ЭС - экскаваторы строительные гусеничные и пневмоколесные с ковшом емкостью 0,16 – 2,5 м³;

тип ЭКСГ – экскаваторы  карьерно-строительные гусеничные с ковшом емкостью 1,25 – 8,0 м³;

тип ЭКГ - экскаваторы  карьерные гусеничные с ковшом емкостью 2,0 – 20,0 м³;

тип ЭВГ - экскаваторы вскрышные гусеничные с ковшом емкостью 4,0 – 100,0 м³;

тип ЭШ – экскаваторы  шагающие и драглайны с ковшом емкостью 4,0 – 120,0 м³.

Основными технологическими параметрами одноковшовых экскаваторов являются рабочие параметры, емкость  ковша, габариты, масса, преодолеваемый уклон, удельное давление.

Рабочими параметрами  мехлопат являются радиус и высота черпания и разгрузки, зависящие от длины рукояти и стрелы и размеров экскаватора.

Радиус  черпания R_ч – горизонтальное расстояние от оси вращения экскаватора до режущей кромки ковша при черпании. Максимальный радиус черпания R_ч.max соответствует максимально выдвинутой в горизонтальном положении рукояти. Минимальный радиус черпания R_ч.min  соответствует подтянутой к гусенице рукояти с ковшом на горизонте установки экскаватора. Радиус черпания на горизонте установки экскаватора R_ч.у максимальный радиус на горизонте установки экскаватора.

Высота  черпания Н_ч – вертикальное расстояние от горизонта установки экскаватора до режущей кромки ковша при черпании. Максимальная высота Н_ч.max соответствует максимальному поднятию рукояти. Различают высоту Н_ч при максимальном радиусе черпания, а также максимальную глубину Н_к черпания ниже горизонта установки экскаватора.

Радиус  разгрузки R_р – горизонтальное расстояние от оси вращения экскаватора до центра ковша при выгрузке из него горной массы. Максимальный радиус разгрузки R_р.max соответствует максимально выдвинутой горизонтально расположенной рукояти при разгрузке.

Высота  разгрузки Н_р – вертикальное расстояние от горизонта установки экскаватора до нижней кромки днища открытого ковша. Максимальная высота черпания Н_р.max разгрузки соответствует максимально поднятому ковшу при разгрузке.

Рабочими параметрами  шагающих драглайнов являются радиус черпания R_ч, глубина черпания Н_ч, и высота разгрузки Н_р. Различают радиус черпания R_ч без заброса ковша и радиус черпания R_ч.з с забросом ковша. Дальность заброса зависит от модели драглайна и квалификации машиниста и изменяется от 2,5 до 15 м. отклонение подъемного каната от вертикали при забросе ковша составляет 12 – 15^о.

Глубина черпания Н_ч – вертикальное расстояние от горизонта установки экскаватора до нижней площадки разрабатываемого уступа (дна выработки). Глубина черпания зависит от длины и угла наклона стрелы, установки драглайна в забое, физических свойств пород, длины канатов и квалификации машиниста. Угол наклона стрелы составляет 30 – 35^о. Уменьшение угла наклона ведет к увеличению радиуса и глубины черпания драглайна.

Операции  рабочего цикла драглайна выполняются  в следующей последовательности:

заброс ковша в забой;

установка ковша в  рабочее положение;

черпание (наполнение ковша);

выведение ковша из забоя;

поворот к разгрузке;

разгрузка ковша;

поворот к забою.

Операции опускания  ковша в забой и выведения  его из забоя совмещаются с поворотом экскаватора.

При перемещении породы в отвал возможна разгрузка ковша  без остановки экскаватора, который делает поворот на 360^о. В этом случае продолжительность цикла уменьшается, так как разгрузка ковша совмещается с поворотом и без остановки экскаватора для изменения направления поворота.

Рис. 3.3. Рабочие параметры мехлопаты

Габариты экскаватора  определяются радиусом R вращения кузова и высотой Нд экскаватора (см, рис. 3.3). Радиус вращения кузова определяет возможное положение экскаватора в забое и ширину проводимых траншей. Высота экскаватора соответствует вертикальному расстоянию р I горизонта установки экскаватора до верхнего края наиболее выступающей вверх несъемной его части. Она определяет возможность прохода экскаватора под препятствием (перекрытие, эстакада, ЛЭП и др.) при (пятом или опущенном в транспортное положение рабочем оборудовании.

Мехлопата устанавливается  на рабочей площадке уступа и по отработки заходки перемещается вперед. Рабочий цикл мехлопат включает следующие основные операции: черпание (наполнение ковша), поворот к месту разгрузки, разгрузку породы из ковша и поворот на забой. Выдвижение и опускание ковша для разгрузки совмещаются поворотом экскаватора. На повороты экскаватора затрачивается примерно 55-60% времени цикла. Поэтому при уменьшении угла поворота экскаватора продолжительность его цикла уменьшается, а техническая производительность возрастает.                             

Дальность заброса ковша  зависит от модели драглайна и  квалификации машиниста и изменяется в пределах 2,5-15 м. Угол отклонения подъемного каната от вертикали при забросе ковша составляет 12 —15°.   

Рис. 3.4. Рабочие параметры драглайна

 

Глубина Н черпания - вертикальное расстояние от горизонта установки экскаватора до нижней площадки разрабатываемого уступа (для выработки). Глубина черпания зависит от длины и угла наклона стрел! установки драглайна в забое, физических свойств пород, длины канате) квалификации машиниста. Угол наклона стрелы составляет 30—35

Уменьшение угла наклона ведет к увеличению радиуса и глубины черпания драглайна.

Операции рабочего цикла драглайна  выполняются в следующем порядке: заброс ковша в забой, установка ковша в рабочее положение черпание (наполнение ковша), выведение ковша из забоя, поворот месту разгрузки, разгрузка, поворот к забою. Операции опускания ков ша в забой и выведения его из забоя совмещаются с поворотом экскаватора.

ТЕХНОЛОГИЯ ВЫЕМКИ ГОРНОЙ МАССЫ  И ПАРАМЕТРЫ ЗАБОЕВ МЕХЛОПАТ И  ДРАГЛАЙНОВ

При выемке пород  мехлопатами различают следующие типы забоев:

Торцовый (боковой);

тупиковый (траншейный);

фронтальный.

Торцовый  забой обеспечивает максимальную производительность экскаватора, что объясняется небольшим средним углом поворота к разгрузке (не более 90^о), 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^о. 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).

Высота h_у разрабатываемого уступа по условию обеспечения безопасности не должна превышать максимальной высоты Н_ч.max черпания экскаватора, т.е h_у£ Н_ч.max.

По условию использования  максимальной высоты разгрузки  высота уступа

h_у=Н_р.max –h_в – а;  м

где h_в – высота транспортного средства, м;

      а=0,7 – 1 безопасный зазор между ковшом и кузовом машины в момент разгрузки, м;

По условию полного  использования радиуса разгрузки  высота уступа

h_у=(R_р – R_ч.у – С)tga;  м                                                         

где R_р – радиус разгрузки при максимальной высоте разгрузки, м;

       С  – минимальное расстояние от  оси пути до верхней бровки  уступа, м;

        a - угол откоса уступа, град.

В устойчивых породах (a -60-70^о) высота h_у уступа ограничивается высотой разгрузки, в мягких породах – радиусом разгрузки.

Максимальная ширина забоя определяется радиусом черпания экскаватора на горизонте установки R_ч.у. При работе боковым забоем по условиям черпания ширина внутренней области забоя не должна превышать этого радиуса. Во внешней части забоя порода эффективно охватывается ковшом  при угле поворота 30-45^о , т.е ширина верхней части забоя должна находиться в пределах (0,5 – 0,7)R_ч.у . Таким образом, по условиям эффективного черпания ширина забоя в мягких породах должна составлять (1,5 – 1,7)R_ч.у. Обычно ширина бокового забоя в мягких породах принимается равной 1,5 R_ч.у. Ширина тупикового забоя как правило составляет 2 R_ч.у.

При работе в мягких породах  боковым забоем с использованием железнодорожного транспорта рельсовые пути располагаются параллельно уступу на расстоянии (0,8 – 0,9)R_р.max от оси экскаватора. В случае применения автомобильного транспорта возможна работа заходками шириной 50 м и более (панелями). Автосамосвалы под погрузку могут становиться сбоку экскаватора или позади него. Погрузка на ленточные конвейеры осуществляется через бункер-питатель, располагаемый сбоку или позади экскаватора. В этом случае ширина заходки А_к= 1.7 R_ч+2K_RR_р где K_R =0,8 – 0,9 коэффициент использования радиуса разгрузки R_р.  В разрыхленных скальных породах профиль забоя устанавливается соответственно углу их естественного откоса. Забой имеет неодинаковую высоту по ширине развала взорванных пород. Ширина развала зависит от высоты уступа, ширины заходки по целику, взрываемости пород, параметров буровзрывных работ и схем взрывания. В практике ширина развала применяется в пределах (1,3 – 5)h_у.

Драглайн может разрабатывать  породы торцовым и тупиковым забоями. При этом он может располагаться  на кровле уступа, промежуточной площадке и почве уступа.

В случае расположения драглайна на кровле уступа горная масса разгружается в отвал или в транспортные средства. Возможная высота уступа определяется паспортной глубиной черпания, углом откоса забоя и местом установки драглайна. Максимальная ширина заходки: