Технология выемки горных пород

Арендный блок

Лекция 4. – 8 часов

Технология выемки горных пород. Типы выемочно-погрузочного оборудования, типы забоев и технологические схемы работы выемочного оборудования в мягких и скальных породах. Производительность и парк экскаваторов.

1. Общие сведения

Непосредственная разработка горных пород на карьере, представляющая собой выемку и погрузку называют выемочно-погрузочными работами или экскавацией. Экскавация образовано от слова экскаватор. В свою очередь экскаватор образован от латинских слов "ех" и "caveo" и означает выкапыватель.

Экскавацией называется выемка и перемещение горной породы посредством рабочего органа машины с последующей разгрузкой в средства транспорта либо в отвал.

Или: процессы, включающие выемку горных пород посредством механизмов, погрузку на транспортное средство или разгрузку в отвал называют процессом экскавации.

Экскаватор – основное средство механизации при открытой добыче угля, руды и строительных материалов.

Экскаваторы предназначены для зачерпывания горной массы, перемещения ее на относительно небольшие расстояния и погрузки в транспортные средства или отсыпки в отвал

В создании современных экскаваторов большую роль сыграли изобретения русских ученых и инженеров. Впервые в мире в 1809 г. был создан "копательный ковш" с ручным приводом, который применялся при разработке песка на Днепре и является прототипом современных экскаваторов

В России в 1812 году на Ижорском заводе по проекту инженера А. Беканкура была построена паровая землечерпалка, применявшаяся в Кронштаде.

Американский инженер В. Оттис получил в 1833 г. патент на "крановую лопату", в 1836 г. по его чертежам был построен первый одноковшовый экскаватор.

Экскаваторы делятся на две большие группы: машины периодического (цикличного) действия; машины непрерывного действия.

Группу машин периодического действия составляют одноковшовые экскаваторы, непрерывного действия – многоковшовые экскаваторы.

Любой экскаватор, одно-или многоковшовый, состоит из силового оборудования, механизмов управления, рамы и кузова.

Процесс копания включает резание стружки и перемещение срезанной породы по поверхности в экскавирующем органе – ковше, ноже и др. Площадь поперечного сечения стружки (SP) определяется глубиной внедрения экскавирующего органа tP и ширины стружки понизу b: SP = tPb.

Для осуществления процесса копания необходимо создать усилие РН выемочной машины, которое должно быть больше силы сопротивления копанию РК:

РН ≥ РК 

Сила копания (в мПа) в свою очередь определяется из выражения РК = kF SP,

где kF – удельное сопротивление копанию, которое зависит от физико-технических показателей породы. Например, для тяжелых влажных глин kF = 0,2 – 0,3 мПа, для полускальных 1мПа, и более.

В качестве физико-технической основы сопоставления пород по экскавируемости, зависящей только от свойств и состояния пород, используется относительный показатель трудности экскавации породы ПЭ. Для мягких, плотных и полускальных пород (выемка из массива) этот показатель определяется по эмпирической формуле:

(ПЭ)´ = 3λ(0,2σсж .+ σсдв + σраст.) + 0,0003γ,

где λ – коэффициент структурного ослабления пород в массиве в направлении копания; γ – в кг/м3.

Горные породы по величине показателя трудности разделены на Х классов. Мягкие породы характеризуются показателем (ПЭ)´= 3 – 6, плотные и полускальные сильнотрещиноватые - (ПЭ)´= 9 – 12, прочные плотные и скальные среднетрещиноватые - (ПЭ)´= 12 – 15 и (ПЭ)´= 18 – 24. полускальные монолитные и малопрочные скальные - (ПЭ)´ = 24 – 30.

При экскавации скальных пород требуемое усилие экскаватора (у канатной мехлопаты подъемное) зависит прежде всего от кусковатости взорванной породы. Чем больше размер среднего куска и плотность пород, чем меньше коэффициент разрыхления, тем больше удельное сопротивление копанию.

Показатель трудности экскавации разрушенных пород

(ПЭ)"= 22[А + 10А/ kР],

где А = γdСР + 0,1 σсдв; dСР – средний размер кусков разрушенной породы; м; γ – в кг/дм3; kР – коэффициент разрыхления породы.

Аналогично горным породам в массиве разрушенные породы по величине показателя трудности экскавации также делятся на Х классов. К I – III классам с показателем трудности экскавации (ПЭ)" от 3 до 9 относятся в основном породы мелкой кусковатости, к IV – VI классам с (ПЭ)" от 9 – 12 до 15 – 18 – породы средней кусковатости, к VII – X классам с (ПЭ)" до 27 – 30 – породы крупной кусковатости.

Для разработки мягких вскрышных пород в умеренных климатических условиях при высокой производительности карьера применяют роторные многоковшовые экскаваторы и драглайны. При очень коротком периоде работы выемочного оборудования целесообразно применение скреперов с большой емкостью ковша. При малой производительности карьера, особенно при сезонном режиме, возможно применение в летнее время бульдозеров. Скреперов с небольшой емкостью ковша и башенных экскаваторов.

Для разработки полускальных и скальных горных пород с предварительным рыхлением в любых климатических условиях применяют механические лопаты. В умеренных климатических условиях – погрузчики, драглайны с большой емкостью ковша.

Для разработки полускальных горных пород, особенно на добыче угля, применяют роторные экскаваторы с повышенными усилиями резания, бурошнековые установки и добычные комбайны.

Одноковшовые экскаваторы

Одним из главных принципов различия одноковшовых экскаваторов, определяющих их назначение и область применения, является рабочее оборудование.

В зависимости от назначения рабочее оборудование одноковшовых экскаваторов имеет различную конструкцию и кинематику. На универсальных экскаваторах могут применяться до 10 видов сменного оборудования. Однако экскаваторы, применяемые на открытых горных работах, имеют один основной вид специализированного рабочего оборудования.

Для лучшего использования в различных горнотехнических условиях одноковшовые экскаваторы выпускают в конструктивном различном исполнении и делят на четыре типа: строительные, карьерные, вскрышные и шагающие.

Строительные экскаваторы. К ним относят одноковшовые экскаваторы с вместимостью ковша до 4 м3. 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.

Размерные группы строительных экскаваторов

Размерная группа12345678Вместимость экскаватора, м30,15 – 0,2 0,21 – 0,250.3 – 0,40.4 – 0,630,75 – 1,01.25 – 1,62.0 – 2,53,0 – 4,0

Индексация типовых ходовых устройств экскаваторов производится по номерам: 1 – гусеничное (нормальное); 2 – гусеничное с увеличенным опорным контуром (болотное); 3 – пневмоколесное; 4 – шасси грузового автомобиля; 5 – специальное шасси автомобильного типа; 6 – автомобильное или тракторное (навесная машина); 7 – прицепное.

Исполнение рабочего оборудования строительных экскаваторов определяется также номерами:

1 – канатное; 2 – жесткое; 3 – телескопическое.

Параметры основных типов строительных экскаваторов, которые применяются на карьерах, приведены в справочной литературе.

Пример записи строительного экскаватора ЭО – 3311Г

Экскаватор одноковшовый, емкость ковша 0,4 м3, на пневмоколесном ходу, канатное оборудование, первая модель, модификация Г.

Строительные экскаваторы имеют в основном ковши небольшой емкостью, универсальное рабочее оборудование (прямую или обратную мехлопату, драглайн и др.), дизельный или дизель-электрический двигатель, часто изготовляются на пневмоходу и отличаются значительной маневренностью. Выпускаются с канатном или гидравлическим приводом.

Небольшие экскаваторы строительного типа предназначены для погрузки мягких горных пород. Эти экскаваторы преимущественно применяют при добыче песка, глин и на земляных работах в строительстве. Строительные экскаваторы с емкостью ковша 1,5 – 2.0 м3 применяют на небольших карьерах для выемки мелкоразрушенных скальных пород, а с ковшами емкостью до 4 м3 – для погрузки взорванных скальных пород. На более крупных карьерах экскаваторы строительного типа применяют при раздельной выемке руд, для погрузки угля на конвейеры и для вспомогательных работ.

Одноковшовые экскаваторы с вместимостью ковша более 4 м3 относятся к карьерным.

Их подразделяют на канатные и гидравлические. 

Эти экскаваторы используют на карьерах для погрузки скальных и тяжелых руд и пород в думпкары или в автосамосвалы. Эти экскаваторы имеют электрический двигатель и гусеничный ход.

Основные виды рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов для открытых горных работ – прямая напорная лопата и драглайн. Более ограниченно используют кран, грейфер, копер.

Выпускают три вида рабочего оборудования прямой лопаты: напорная с выдвижной рукоятью, напорная колено-рычажная и безнапорная. Безнапорная лопата применяется только в экскаваторах с небольшой (до 2 м3) вместимостью ковша.

Прямая напорная лопата с выдвижной рукоятью (рис.4.1) в зависимости от системы напорного механизма и конструкции стрелы подразделяется на напорную с зубчато-реечным механизмом и на напорную с канатным механизмом напора.

Напорно колено-рычажная (рис.4.2.) также подразделяется на напорную с зубчато-реечным механизмом и на напорную с канатным механизмом напора.

Экскаватор драглайн (рис. 4.4.) имеет ковш с упряжью, тяговый канат и подъемный канаты, стрелу с направляющими блоками. Для перемещения ковша служат лебедки подъема и тяги. Угол подъема стрелы во время работы не изменяется и определяется длиной стрелового полиспаста.

Кроме перечисленных выпускаются гидравлические карьерные экскаваторы (рис. 37). Их отличительной особенностью является соединение рукояти со стрелой и дополнительный механизм поворота ковша на конце рукояти. Соединение выполнено виде поршней, в которых перемещаются штоки под действием гидравлики.

В типаже карьерных экскаваторов приняты следующие обозначения.

ЭКГ – экскаватор электрический, на гусеничном ходу. Цифры, стоящие после дефиса, обозначают вместимость основного ковша в кубических метрах. Буквы А, И, М, С, добавленные к названию, обозначают модификацию экскаваторов; Ус – экскаватор с удлиненным рабочим оборудованием для погрузки транспорта, расположенного на уровне стояния экскаватора; У – экскаватор с удлиненным рабочим оборудованием для верхней погрузки. Пример записи: ЭКГ – 5 А – вместимость ковша 5,2 м3, экскаватор карьерный, прямая лопата.

ЭВГ – экскаватор электрический карьерный вскрышной по сравнению с ЭКГ имеет удлиненные стрелы и рукоять. Емкость этих ковшей достигает 150 м3. Вскрышные экскаваторы с ковшами емкостью до 10 – 20 м3 применяют для погрузки породы в транспортные средства, расположенные выше уровня стояния экскаватора, а с ковшами большей емкости – для перевалки породы при бестранспортных системах разработки.

ЭШ – экскаватор шагающий. Цифры стоящие до точки, - номинальная вместимость основного ковша в кубических метрах. Цифры, стоящие после точки, - длина стрелы в метрах. Например, ЭШ 20.90 – экскаватор драглайн, шагающий, емкость ковша 20 м3, длина стрелы 90 м.

Шагающие экскаваторы отличаются гибкой канатной связью ковша с приводом. Они обычно имеют ковши емкостью от 6 – 8 до 100 м3 и более. Длина стрелы обычно- от 60 до 150 м.

Шагающее ходовое оборудование состоит из опорной базы и механизма шагания. Последний предусматривает опорные лыжи, механизм перемещения и привод.

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. Обратная лопата применяется на тех же породах, что и прямая, при черпании ниже уровня его стояния и погрузке в транспортный сосуд, расположенный на нижележащем уступе или на уровне стояния экскаватора или при проходке траншей.

Технические характеристики экскаваторов приведены в справочных материалах.

Зарубежные одноковшовые экскаваторы имеют названия, определяемые фирмой производителем. Номенклатура их чрезвычайно широка. Порядок выбора зарубежных экскаваторов такой же, как и отечественных. Обслуживание зарубежных экскаваторов весьма своеобразно и при отечественном менталитете требует специального подхода и, как правило, применяется на богатых карьерах, которые могут позволить себе дорогое сервисное обслуживание.

Типы забоев и технологические схемы работы выемочного оборудования в мягких и скальных породах

Забои механической лопаты с канатным приводом

Как уже отмечалось, на карьерах погрузка породы осуществляется в мягких породах без предварительного рыхления взрывом и с предварительным рыхлением взрывом или рыхлителями. При этом погрузка может осуществляться на уровне стояния экскаватора и с верхней погрузкой (когда средства транспорта располагаются на верхней площадке уступа). Кроме этого может быть нижнее и верхнее черпание (отработка драглайном).

В мягких породах

К экскаваторному забою и призабойному пространству относятся: часть поверхности массива или развала, из которой производится выемка породы или полезного ископаемого; площадка на которой стоят экскаваторы и загружаемые транспортные средства.

Прямая механическая лопата может работать в боковом (торцевом) и тупиковом забое (рис. 39).

Нормальным считается боковой забой, в котором благодаря более удобной подаче транспортных средств и меньшему углу поворота экскаватора (90 – 110о) его производительность на 30 – 40 % выше, чем в траншейном.

Конфигурацию и размеры забоя определяют технологические параметры экскаватора: емкость ковша, рабочие параметры, габариты, преодолеваемый уклон, масса, удельное давление. К рабочим параметрам относятся радиус и высота черпания и разгрузки, которые зависят от длины рукояти и стрелы, угла наклона последней, а также от положения пунктов черпания и разгрузки (рис. 4.4. – Хохряков).

Радиус черпания RЧ – горизонтальное расстояние от оси вращения экскаватора до режущей кромки ковша при черпании. Различают: максимальный радиус черпания RЧ. max – при максимально выдвинутой горизонтальной рукояти, минимальный радиус черпания RЧ. min. – при подтянутой к гусеницам рукояти с ковшом на горизонте установки экскаватора, RЧ. У – максимальный радиус черпания на горизонте установки экскаватора, а также радиус черпания при максимальной высоте черпания.

Высота черпания НЧ  - вертикальное расстояние от горизонта установки экскаватора до режущей кромки ковша при черпании. Максимальная высота черпания НЧ. max. соответствует максимально поднятой рукояти. Различают также высоту черпания при максимальном радиусе черпания и максимальную глубину черпания ниже горизонта установки экскаватора hЧ.

Радиус разгрузки RР – горизонтальное расстояние от оси вращения экскаватора до оси ковша при разгрузке; максимальный радиус разгрузки RЧ.max. – соответствует максимально выдвинутой горизонтальной рукояти.

Высота разгрузки НР – вертикальное расстояние от горизонта установки экскаватора до нижней кромки открытого днища ковша; максимальная высота разгрузки НР.max. соответствует максимально поднятой рукояти. Минимальные значения радиусов черпания и разгрузки не  совпадают с соответствующими максимальными значениями высот разгрузки.

Сфера рабочего действия  экскаватора определяется радиусом и высотой черпания и разгрузки. При этом обычно угол наклона стрелы αс = 45о. У некоторых мехлопат угол может меняться в пределах 30 – 50о. С увеличением угла αс увеличивается высота и уменьшаются радиусы действия экскаватора.

Габариты экскаватора определяются радиусом вращения задней части кузова RК, высотой экскаватора НЭ (вертикальное расстояние от горизонта установки экскаватора до верхнего края наиболее выступающей вверх несъемной его части), высотой кузова экскаватора hk.

Скорость движения мехлопат на гусеничном ходу составляет 0,9 – 3,7 км/ч. Преодолеваемый подъем достигает 12о при массе экскаватора до 100 т и до 7о для более крупных моделей.

Максимальное удельное давление на грунт не должно превышать несущей способности основания, которая изменяется от 0,2 мПа для мягкого песка до 0,5 – 0,6 мПа для плотной глины и до 0,8 – 1,0 мПа для мергеля.

Во время работы мехлопата черпает породу из заходки снизу вверх и по мере отработки перемещается вперед.

Рабочий цикл экскаватора состоит из четырех основных операций: наполнения ковша (черпания), поворота на выгрузку, выгрузку породы из ковша и поворота в забой. Дополнительные движения обычно совмещаются с основными: вынос и опускание ковша для разгрузки с поворотом экскаватора из забоя, а опускание ковша для черпания с поворотом экскаватора в забой.

Средняя продолжительность цикла экскаватора ЭКГ – 4,6 и распределение его во времени по отдельным операциям (в с) составляет

Черпание – 5 – 7

Поворот для выгрузки ковша – 7 – 9

Выгрузка – 4 – 6

Поворот для черпания – 7 – 9

Итого – 23 – 31

Как видно из таблицы, наибольшее время (около 60 %) продолжительности цикла при нормальных условиях работы занимают повороты экскаватора. Поэтому с уменьшением угла поворота экскаватора β уменьшается рабочий цикл экскаватора и увеличивается его производительность.

Профиль забоя мехлопаты в мягких и плотных породах соответствует траектории движения ковша и имеет угол откоса 70 – 80о. Толщина стружек t, срезаемых ковшом, определяется его размерами и плотностью породы и составляет 0,2 – 1 м.

Высота забоя определяется высотой черпания экскаватора и по условию безопасности работы в связных породах не должна превышать максимальной высоты черпания. В противном случае на кровле уступа будут оставаться козырьки и нависи, которые могут обрушиться.

Минимальная высота забоя должна обеспечивать полное наполнение ковша экскаватора за одно черпание. Для соблюдения этого условия она должна составлять не менее 2/3 высоты напорного вала.

Максимальная ширина забоя ограничивается радиусом черпания экскаватора на уровне стояния. Расстояние от оси перемещения экскаватора при работе в забое до откоса уступа не может превышать радиуса черпания экскаватора на уровне стояния RЧ. У. В противном случае у подошвы будет оставаться порода. Поэтому ширина внутренней части забоя принимается равной радиусу черпания экскаватора на уровне стояния.

Во внешней части забоя порода может быть захвачена ковшом лишь тогда, когда угол поворота экскаватора в сторону выработанного пространства не превышает 45о. В противном случае порода при черпании будет отодвигаться ковшом в выработанное пространство и не зачерпываться. Поэтому в мягких породах ширину внешней части забоя принимают равной не более (0,5 – 0,7) RЧ. У.

Таким образом, по условию нормального черпания ширина забоя в мягких породах не должна превышать (1,5 – 1,7) RЧ. У.

Минимальное расстояние экскаватора от забоя выбирается из условий безопасности и возможности отработки нижней бровки.

Удобная и безопасная отработка нижней бровки забоя возможна при свободном расстоянии между гусеницами и навалом не менее 1,5 длины ковша. При более близком расположении для выравнивания подошвы необходимы передвижки экскаватора.

В скальных породах (рис. 4.5. – Хохряков) на работу экскаватора влияют: предварительное разрыхление пород буровзрывным способом; значительные ударные нагрузки на рабочие органы экскаватора; сложность устройства ровных площадок для расположения экскаватора при плохо взорванном забое, вследствие чего появляются неравномерные нагрузки на ходовые устройства; неодинаковая высота забоя (развала) в пределах одной заходки.

При работе экскаватора в скальных породах большое значение имеет качество их разрыхления. Мелкораздробленная порода экскавируется без затруднений, так как ковш заполняется на небольшом участке, черпание можно производить толстой стружкой, а сыпучесть материала обеспечивает быструю и полную разгрузку ковша. При работе в плохо взорванном забое значительно возрастают нагрузки на оборудование, приводящие к его износу и поломкам. Снижается производительность.

Негабариты вынимают селективно и располагают у подошвы уступа для вторичного дробления.

Высота забоя зависит от кусковатости и связности взорванной породы. При однорядном и двухрядном взрывании высота уступа в крепких породах не должна превышать более чем 1,5 максимальную высоту черпания экскаватора, т.е должно соблюдаться условие:

Н max ≤ 1,5 НЧ. max;

Ширина забоя в скальных хорошо взорванных породах может быть несколько больше, чем в мягких породах, так как экскаватор при работе во внешней части забоя может подгребать ближе к себе разрыхленную породу, находящуюся на расстоянии более 0,7RЧ. У  В этом случае ширина забоя может достигать 2 RЧ. У.

На большинстве карьеров при одно-двухрядном взрывании ширина развала составляет 20 – 40 м и отрабатывается в два полных прохода. При многорядном расположении взрывных скважин она составляет 50 – 80 м и отрабатывается за три – четыре прохода экскаватора.

Черпание в нижней части развла сопровождается периодическим обрушением породы из средней и верхней частей развала. Угол откоса забоя в развале, определяющий конфигурацию поперечного сечения заходки в хорошо разрыхленных (К = 1,5) сыпучих с равномерной кусковатостью скальных породах составляет 35 – 40о, а в неравномерно разрыхленных – 65 – 70о.

При сотрясательном взрывании плотных и сильнотрещиноватых полускальных пород и использовании железнодорожного транспорта развал должен быть таким, чтобы его можно было отработать одной заходкой.

При взрывании среднетрещиноватых полускальных пород без подпорной стенки развал обычно отрабатывают за две заходки экскаватора. После отработки первой заходки путь переносят на новую трассу и отрабатывают вторую заходку, после чего взрывают новый блок. При взрывании сильно-и среднетрещиноватых скальных пород с подпорной стенкой на рудных карьерах выемку взорванных пород ведут двумя – четырьмя заходками также без предварительной разборки путей. Для ограждения путей на подошве уступа часто оставляют специальные породные валы. При взрывании крупноблочных скальных пород без подпорной стенки ширина развала взорванных пород может достигать 50 – 70 м. Железнодорожные пути перед взрывом разбирают на звенья и переносят краном за ожидаемую границу развала или, чаще, вывозят на платформах за пределы взрываемого блока.

При автомобильном транспорте нет жесткой взаимосвязи между элементами забоя и положением транспортных коммуникаций на уступе. Поэтому параметры забоя во взорванных породах принимают исходя из необходимости лучшего дробления пород, по условиям селективной выемки, для сокращения ширины рабочей площадки и т. п. Часто применяют поперечные или широкие продольные заходки, при которых развал при взрыве направлен вдоль, а не поперек рабочей площадки. Это позволяет уменьшению ширины рабочей площадки.

Выемка вскрышных пород мехлопатами с верхней погрузкой.

Вскрышные экскаваторы (мехлопаты) с удлиненным оборудованием грузят горную массу в транспортные средства, расположенные выше уровня стояния экскаватора (см. схему).

Работа вскрышного экскаватора с верхней погрузкой широко применяется при проведении траншей, нарезке новых горизонтов и отработке уступов, на почву которых затруднены транспортные подступы. Применение верхней погрузки значительно повышает скорость проведения траншей и улучшает использование горно-транспортного оборудования, в тех случаях, когда при нижней погрузке необходима работа в тупиковом забое. Однако работа экскаватора с верхней погрузкой имеет существенные недостатки, заключающиеся в том. что в условиях одного и того же карьера и при одинаковой емкости ковша производительность экскаватора при верхней погрузке на 20 – 30 % меньше, а затраты на экскавацию в 1,5 раза выше, чем при нижней погрузке. Уменьшение производительности обуславливается увеличением продолжительности рабочего цикла на 25 – 50 % и больших амортизационных отчислений из-за более высокой стоимости таких экскаваторов. Поэтому применение экскаваторов с верхней погрузкой эффективно в тех случаях, когда повышается эффективность производства горных работ на карьере в целом.

Параметры забоя при работе экскаватора с верхней погрузкой устанавливаются в зависимости от его рабочих параметров и устойчивости уступа. Более полное использование экскаватора обеспечивается при максимальной высоте уступа, которая ограничивается максимальной высотой и максимальным радиусом разгрузки экскаватора.  Максимальная высота забоя Н (в м) при условии использования максимальной высоты разгрузки Hр.max  определяется из высоты транспортного сосуда и безопасного расстояния между ковшом и кузовом  в момент разгрузки:

H = Hр.max + hB – е.

Максимальная высота (в м) забоя при полном использовании радиуса разгрузки:  H = (RP – RЧ.У. – с)tgα, где RP – радиус разгрузки при максимальной высоте разгрузки экскаватора, м; с – безопасное расстояние от оси путей до верхней бровки уступа м; α – угол откоса уступа, градус.

Таким образом, допустимая высота забоя для данной модели экскаватора зависит от угла откоса, уступа, величина которого определяется устойчивостью пород. Чем больше угол откоса, тем больше может быть принята высота забоя.

В устойчивых породах, когда угол откоса равен 60 – 70 градусов, высота уступа ограничивается высотой разгрузки , а в мягких породах, когда α = 45о и меньше, - радиусом разгрузки.

Ширина забоя при верхней разгрузке экскаватора определяется так же, как и при нижней, но отработка развала возможна только одной заходкой.

Выемка горных пород гидравлическим экскаватором

Конструктивной особенностью гидравлических экскаваторов, определяющих их технологические параметры и технико - экономические показатели, является наличие трех пар мощных гидроцилиндров, соединенных между собой шарнирно, для управления стрелой, рукоятью и ковшом. Качающаяся стрела и рукоять, а также поворотный ковш позволяет благодаря цилиндрам создать траекторию черпания, нежели у обычных канатных экскаваторов, и значительно большие усилия резания на зубьях ковша (сослаться на схему и технологические параметры экс. мехлопат). У канатных экскаваторов ковш при черпании перемещается по криволинейной траектории, вследствие чего усилие резания ограничивается устойчивостью экскаватора, которая обеспечивается противовесом большой массы.

Гидравлические экскаваторы работают при прямолинейном внедрении ковша и его последующем повороте в конце черпания. При этом усилие внедрения ковша ограничивается силой сцепления ходовой части экскаватора с почвой забоя. Схемы работы в забое приведены на плакате и на технологических схемах.

Благодаря лучшей кинематике рабочего органа гидравлические экскаваторы при одинаковой емкости ковша по сравнению с канатными имеют рабочую массу в 1,8 – 2,2 раза меньшую, а усилие копания в 2 – 2,2 раза большее; расход электроэнергии уменьшается на 30 %, а эксплуатационные расходы на экскавацию горной массы – в 2 – 4 раза. Кроме того, могут быть снижены расходы на ремонт транспортных средств. независимое движение напора, подъема и поворота ковша облегчают разборку подошвы забоя и селективную выемку. Благодаря уменьшению минимального и увеличению максимального радиусов на уровне черпания появляется возможность расширить забой экскаватора и значительно увеличить объем горной массы, вынимаемой экскаватором в забое с одного места стояния. Кроме этого увеличивается глубина копания ниже уровня стояния, и улучшаются условия выгрузки породы из ковша.

Несмотря на перечисленные преимущества, практика эксплуатации гидравлических экскаваторов выявила существенные недостатки.

Проведенные исследования указывают, что основной причиной возникновения отказов у ЭГ по сути является загрязнение гидрожидкости и запуск гидросистем экскаваторов при экстремально низких температурах.

Загрязнение гидрожидкости различными частицами, попадающими внутрь системы, является основной проблемой функционирования гидропривода, вызывающей подавляющее большинство его неисправностей. 

Следующая проблема связана с экстремальными климатическими условиями Крайнего Севера, где температура окружающей среды может достигать -60 С. Доля отказов гидравлических систем, вызванных холодным запуском не велика, однако они приводят к столь катастрофическим последствиям, что вызывают весьма длительные простои и обусловливают высокую стоимость ремонта.

За последние 20 лет доля карьерных гидравлических экскаваторов в мировом парке добычной техники существенно возросла и на долю карьерных экскаваторов с электромеханическим приводом приходится не более 25%

В то же время в СНГ карьерные экскаваторы с электромеханическим приводом составляют основную часть парка.

Анализ имеющийся в СНГ за те же 20 лет опыт эксплуатации экскаваторов типа ЭГ, приходится констатировать, что отсутствие опыта создания таких машин и возникшие организационные сложности воздействовали негативно на реализацию потенциальных возможностей нового поколения экскавационной техники. Те выводы, которые, на настоящий момент уже сделаны рядом предприятий России, говорят не в пользу качества гидравлических экскаваторов. И это несмотря на то, что основные технические характеристики - рабочая масса, удельные усилия копания, показатели надежности карьерных гидравлических экскаваторов не только способны удовлетворить требования горных предприятий СНГ, но и значительно превосходят те возможности, которыми обладают канатные экскаваторы с электромеханическим приводом механизмов типа ЭКГ

Наглядным примером является ПО "Якутуголь", которое после применения экскаваторов с гидроприводом основных механизмов типа 204-М производства фирмы Marion (США) на протяжении почти 20 лет, вновь обратилась к закупкам традиционных экскаваторов типа "ЭКГ". Из практики применения единичных опытных образцов ЭГ в СНГ и крупномасштабного внедрения их за рубежом делаются противоположные выводы. На разрезе "Нерюнгринский" существует сопоставительный опыт эксплуатации ЭГ и ЭКГ, и он свидетельствует о том, что эксплуатация гидравлических машин обходится дороже на 20 %  

Конструктивной основной особенностью ЭГ является применение в этих машинах дизель-гидравлического привода основных механизмов.

Практика применения гидропривода в различных отраслях доказала, что гидропривод в целом обладает высоким уровнем надежности. Однако под надежностью понимают свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих назначенным режимам и условиям использования, технического обслуживания и ремонтов. В случае, если режимы использования и обслуживания техники отличаются от назначенных, то следует учитывать не только надежность, но и живучесть объекта. Живучесть характеризует способность объекта сохранять работоспособное состояние при внешних воздействиях, превышающих установленные нормы.

Уместно подчеркнуть, что гидропривод имеет высокую надежность, но обладает относительно низкой живучестью, поскольку чувствителен к ряду внешних воздействий, часто встречающихся в характерных для эксплуатации карьерной техники условиях.

Основными факторами, характерными для эксплуатации экскаваторов типа ЭГ, являются:

  •  высокий годовой фонд рабочего времени (7000 часов);
  •  высокие усилия и динамика (до 70 кН на 1 м:> вместимости ковша) нагружения рабочего оборудования в забое;
  •  высокая удельная мощность (до 3.7 кВт/т на 1 т. массы);
  •  удаленность от внешних инфраструктур по ремонту гидрокомпонентов.

Высокий фонд рабочего времени, в первую очередь, предопределяет необходимость обеспечения высокого ресурса. Высокая динамика приводит к повышению требований к силовой защите. Высокой мощности должно соответствовать значительное количество агрегатов большой единичной мощности, а также построение ЭГ по модульному принципу. И высокая динамика, и высокая мощность препятствуют реализации высоких характеристик надежности.

Удаленность от сервисных инфраструктур усложняет преодоление этих факторов и делает необходимым организацию сервисных услуг на месте.

Кроме того, имеется целый ряд дополнительных факторов, снижающих надежность гидропривода на карьерных экскаваторах в условиях горных предприятий:

  •  высокий уровень загрязненности воздуха в рабочей зоне (до 1.2 г/л);
  •  экстремально низкие или высокие температуры окружающей среды, что предопределяет значительные изменения вязкости гидрожидкости: в процессе работы в 10-15 раз, а в процессе запуска в 250 раз;
  •  высокие нагрузки, возникающие при экскавации очень твердых или плохо взорванных пород, что предопределяет необходимость искусственного ограничения давления в системе для увеличения срока службы гидрокомпонентов;
  •  недостаточно высокий уровень технического обслуживания по причине низкой квалификации обслуживающего персонала, а также в связи с недостаточным техническим оснащением измерительными приборами и специальным инструментом.

Поэтому по значимости влияния на надежность, температурный фактор, безусловно, можно поставить на второе место. Эффективное использование гидропривода в таких условиях эксплуатации становится возможным только при наличии дополнительного оборудования, обеспечивающего предварительный прогрев рабочей жидкости по всей системе гидропривода, и применения соответствующей заданным условиям эксплуатации гидрожидкости. Соблюдение заданных оптимальных температур в допустимых пределах является важным фактором, определяющим также КПД и ресурс гидропривода.

Технологические схемы работы механической лопаты приведены на схеме (рис.39 из кн. Анистратова).

Выемка мягких и скальных пород драглайнами

Драглайны применяют при разработке угольных, железорудных и других месторождений, главным образом для перевалки мягких пород и разработки забоев, расположенных ниже уровня стояния экскаватора. Широко используются они на земляных работах при строительстве каналов, дорог, гидросооружений и т. д

Работу драглайна можно описать так.

Ковш наполняется при его движении по забою под действием тягового каната из положения I в положение II. Затем ковш поднимается, и экскаватор поворачивается к месту разгрузки. Ковш подвешен к подъемному канату таким образом, что пока тяговый канат слегка натянут, ковш находится примерно в горизонтальном положении. При ослаблении тягового каната ковш опрокидывается передней стороной вниз и разгружается (положение III).

После разгрузки экскаватор поворачивается, и ковш опускается на грунт, возвращаясь в положение I. Если перед опусканием ковш подтянуть к пяте стрелы, а затем отпустить тяговый канат, то ковш можно забросить в положение IY.

Минимальная толщина стружки должна быть такой, чтобы ковш заполнялся за одно черпание. Толщину стружки регулируют изменением длины разгрузочного каната и места крепления тяговых цепей. Большая толщина стружки допускается в мягких породах, меньшая - в тяжелых.

Продолжительность поворота экскаватора зависит главным образом от места выгрузки породы. При перемещении в отвал ковш иногда разгружается на ходу, без остановки экскаватора, поворачивающегося на 360 градусов. Продолжительность рабочего цикла при этом минимальная, так как разгрузка совмещается с поворотом и происходит без опускания ковша и остановки для перемены направления движения. Данные о продолжительности цикла приведены в справочных материалах. Продолжительность цикла, в зависимости от типа оборудования колеблется от 45 до 60 секунд при угле поворота 135 градусов.

Основными рабочими параметрами драглайна являются (рис. 4.10 – Хохряков – рисую сам) максимальный радиус черпания RЧ.max, минимальный радиус черпания на уровне стояния RЧ.У., радиус разгрузки RР, максимальная глубина черпания HЧ.max., максимальная высота разгрузки HР.max.

Наклон стрелы драглайна составляет 20 – 35 градусов. Ход мощных драглайнов – шагающий. Преодолеваемый уклон составляет 7 – 12 градусов, удельное давление на грунт – 0,1 – 0,2 мПа. Угол между горизонталью и днищем ковша при его подъеме должен составлять 15 – 20 градусов, иначе положение ковша становится неустойчивым.

Формы и размеры забоя драглайна определяются схемой его работы и рабочими параметрами. Драглайн установленный на кровле уступа, отрабатывает его нижним черпанием, а драглайн установленный на промежуточном горизонте уступа, отрабатывает его верхним и нижним черпанием. Рис.33 и 34 из кн. Анистратова).

Наибольшая производительность драглайна обеспечивается в торцевом забое с нижним черпанием при минимальном угле поворота экскаватора от места черпания к месту разгрузки.

Высота уступа устанавливается по глубине черпания с учетом расположения драглайна на его кровле за пределами призмы обрушения при угле наклона плоскости забоя к горизонту в пределах 30 – 60 градусов.

Ширина заходки драглайна определяется способом его работы и радиусом черпания. ЕЕ принимают с таким расчетом, чтобы углы разворота экскаватора в каждую сторону не превышали 45 градусов.

Верхнее черпание эффективно только для мощных драглайнов с емкостью ковша 10 – 15 м3 и более. При верхнем черпании высота верхнего подуступа не должна превышать 0,3 – 0,4 – высоты разгрузки драглайна. Угол откоса забоя верхнего подуступа не должен превышать 20 – 25 градусов, иначе возможно недостаточное наполнение или опрокидывание ковша.

Схемы торцевых и тупиковых забоев приведены на схеме (рис. 33 и 34 из кн. Анистратова).

Для разработки небольших сильно обводненных месторождений применяются башенные экскаваторы с канатной подвеской ковша (рис 35 из кн. Анистратова).

Одна из башен такого экскаватора располагается на отвале пустых пород, другая на кровле вскрышной толщи. Он последовательно производит экскавацию вскрыши с перемещением ее в отвал и добычу полезного ископаемого с погрузкой его в средства транспорта.

Производительность одноковшовых экскаваторов

Годовое время распределяется на рабочее время, и простои в праздничные и выходные дни, из-за производства капитальных ремонтов, среднего и текущего ремонта, климатических условий, переводов экскаватора из одного забоя в другой. В среднем экскаваторы находятся в работе 240 – 270 дней в году.

Виды и продолжительность ремонта экскаваторов на карьерах регламентированы специальными нормативами. Капитальный ремонт должен производиться через 3 – 5 лет, средний – ежегодно, текущий – раз в три или четыре месяца. Кроме того, ежемесячно проводится осмотр или крепежный ремонт. Продолжительность ремонта определяется в каждом отдельном случае в зависимости от состояния и модели экскаватора, а также состояния ремонтной базы. Обычно, порядок, сроки и продолжительность ремонтов прилагаются вместе с паспортом на экскаватор с завода изготовителя в виде инструкции по эксплуатации и обслуживанию.

Выработка экскаватора за единицу времени называется его производительностью.

Техническая производительность драглайнов и механических лопат зависит от емкости ковша. Длительности цикла и свойств горных пород, которые влияют на длительность операций черпания и наполнения ковша.

Рабочий цикл, как уже отмечалось, складывается из операций наполнения ковша (черпания), поворота на выгрузку, выгрузку породы из ковша и поворота в забой :

tЦ = tЧ + tП + tР. 

Время черпания зависит от свойств массива или горной массы в развале и режима черпания. Разработка забоя начинается со стороны, расположенной ближе в выработанному пространству. Черпание в массиве мягких пород производится стружкой шириной, равной ширины ковша. В момент черпания во взорванной горной массе с большим захватом следует использовать гравитационное сползание горной массы для самонагружения.

Для увеличения разрыхления горной массы в забое во время обмена транспортных сосудов обычно производится дополнительное рыхление ее ковшом с открытым днищем.

Различают теоретическую, техническую и эксплуатационную производительности экскаватора.

Эксплуатационная производительность в течение смены зависит от времени простоев, необходимых на мелкий ремонт, смазку и очистку ковша. Гидравлические экскаваторы практически не требуют времени на смазку вследствие специфичности конструкции и отсутствия канатов.

Также эксплуатационная производительность зависит от организации транспортного обслуживания.

Расчетные формулы производительности  одноковшовых экскаваторов представляются в следующем виде.

1 Теоретическая производительность (м3/ч): Qtt = Eν

2. Техническая (м3/ч) : Qt = QttkЭ

3. Эксплуатационная (м3/смену): Qсм = QtTkИ; QГ = Qсм nN,

где Е – емкость ковша, м3, ν – число рабочих циклов в час (ν = 3600/tЦ), kЭ - коэффициент экскавации (kЭ = kН kР); kН и kР – коэффициенты соответственно наполнения ковша и разрыхления породы в ковше; Т – длительность смены, ч; n – число рабочих смен в сутки; N – число рабочих дней экскаватора в году с учетом плановых простоев на ремонт.

Коэффициенты наполнения ковша обычно приводятся в справочных материалах и колеблются в пределах 0,4 – 1,1.

Коэффициент разрыхления породы в ковше изменяется для мягких пород от 1,2 до 1,4. для скальных – от 1,4 до 1,6.

Коэффициент использования экскаватора в течение смены kИ = Т/tP, где

tP  - чистое время работы экскаватора в течение смены., ч.

Обычно tP составляет от 0,5 до 0,6 при железнодорожном транспорте, 0,75- 0,8 при конвейерном транспорте и 0,8 – 0,95 при автомобильном транспорте.

На действующем карьере экскаваторный парк определяется исходя из числа выемочных единиц (забоев), плановых объемов горной массы на текущий год.

Средняя фактическая производительность добычного экскаватора ЭКГ - 4,6 составляет 1,2 млн. т в год. На вскрышных работах 1,36 млн. т.

Совершенствование организации работ и методов экскавации на карьере позволяют увеличить годовую производительность экскаваторов на 5 – 8 %.

Основные факторы, определяющие производительность экскаваторов, можно разделить на конструктивные, горно-геологические и организационно-технические.

К первым относятся размеры оборудования, мощность двигателей, рабочие скорости, кинематические схемы, емкость ковша, усилия на зубья ковша, форма ковша и др. Конструктивные особенности в условиях карьера не могут быть изменены, за исключением емкости ковшей, которые идут в комплекте с некоторыми моделями экскаваторов.

Ко вторым относятся физико-механические свойства породы, обводненность пород, наличие глины, кусковатость после взрыва, которые оказывают влияние на показатель трудности экскавации.

К третьим относятся размеры забоя, вид транспорта, организация работ на уступе и в карьере, квалификация машиниста экскаватора и др.

Вспомогательные работы при использовании одноковшовых экскаваторов

К вспомогательным работам при выемке одноковшовыми экскаваторами относятся: планировка трассы экскаватора и выравнивание подошвы уступа, очистка ковшей и ходовой части экскаваторов от намерзшей и налипшей породы, обеспечение проходимости экскаватора, зачистка кровли залежи от просыпей и недобора вскрыши, оборка откоса уступа, перемещение кабеля вслед за движущимся экскаватором, доставка запасных частей, мелкий ремонт и смазка машин. Простои экскаваторов из-за  вспомогательных работ достигают 12%.

Для выполнения вспомогательных работ используются различные приспособления, вспомогательное оборудование и техника. Например, деревянные настилы, лопаты – скребки, надеваемые на ковш экскаватора, бульдозеры, скреперы и пр.

Выемка машинами непрерывного действия

К выемочным машинам непрерывного действия относятся многоковшовые экскаваторы, бурошнековые установки, погрузочные машины непрерывного действия, комбайны.

Многоковшовые экскаваторы делятся на цепные и роторные.

Многоковшовые цепные экскаваторы

Многоковшовые цепные экскаваторы применяются для производства вскрышных и добычных работ при разработке мягких горных пород. Наиболее благоприятная область применения – разработка песчано-глинистых пород, а также бурых углей с удельным сопротивлением копанию до 0,6. – 0,7 МПа. Цепные экскаваторы, применяемые на горнодобывающих предприятиях, имеют теоретическую производительность от 300 – 400 до 6000 м3/ч, массу – от 200 – 300 до 5000 т.

Основным изготовителем и потребителем карьерных цепных экскаваторов является Германия. Отдельные типы цепных экскаваторов изготовлялись в Чехословакии.

В России цепные экскаваторы используются редко. Всего в странах СНГ в настоящее время работает около 40 цепных экскаваторов различных типов теоретической производительностью 400 – 2000 м3/ч.

В угольной промышленности наибольшее применение цепные экскаваторы нашли на буроугольных разрезах Днепропетровского бассейна, в железорудной промышленности – на Лебединском карьере КМА и Камыш-Бурунском комбинате, при добыче руд цветных металлов и горно-химического сырья – на Верхнеднепровском горно-металлургическом и Подмосковном горно-химическом комбинате.

Цепные многоковшовые экскаваторы (рис 5.1и 5.2. из кн. Хох.) имеют рабочий орган – ковшовую раму, которая служит для направления цепи с ковшами. Рама одним концом шарнирно закреплена на корпусе, а другой ее конец подвешен к укосине на полиспасах.

Выемка породы в забое производится ковшами, находящимися во время работы в нижней ветви ковшовой цепи, прижимаемой к забою весом рамы. Емкость ковшей изменяется от 250 до 4500 литров. Нагруженные ковши поднимают породу к верхнему барабану, огибая который они разгружают ее в бункер (рис 5.2. из Хох.), откуда порода поступает в вагоны или на специальный разгрузочный конвейер. Скорость движения ковшовой цепи от 1,0 до 1,4 м/с, число разгрузок ковшей от 25 до 60 в минуту.

По способу черпания различают экскаваторы верхнего и нижнего черпания, а также комбинированные экскаваторы с двумя черпаковыми рамами для одновременного верхнего и нижнего черпания.

Ковшовая рама может быть жесткой или шарнирной. Первая применяется для валовой, вторая - для раздельной выемки.

У большинства цепных экскаваторов ковшовые рамы снабжены планирующими звеньями длиной 2 – 6 м для планировки площадок уступов.

Многоковшовые цепные экскаваторы могут быть полноповоротными и неповоротными.

Экскаваторы выпускают на железнодорожном, гусеничном и шагающем ходу. Мощные цепные экскаваторы, применяемые для работы с фронтальным черпанием, главным образом с транспортно-отвальными мостами, чаще всего изготовляют на рельсовом ходу.

Рельсовые пути могут состоять из трех, пяти, семи и восьми ниток рельсов включая (откаточные пути). Обычно рельсовые пути многоковшовых экскаваторов укладывают на общих шпалах с путями для подвижного состава.

Основные технологические параметры многоковшовых цепных экскаваторов – это глубина черпания IЧ, высота черпания Нч  и длина разгрузочной консоли.

Забои цепных экскаваторов

Различают два типа забоев цепных экскаваторов – фронтальный, в котором выемка производится с откоса уступа, и торцевой (См. схемы).

Формы и размеры забоя определяются конструкцией экскаваторов, размером и профилем ковшовых рам, характером экскавации (валовая или раздельная). Экскаваторы на рельсовом ходу отрабатывают фронтальный забой, т.е. работают с откоса (рис 5.4.а) и обычно производят погрузку в вагоны.. На гусеничном ходу могут отрабатывать также торцевой забой (рис. 5.4.б) и обычно погрузка осуществляется на конвейеры.

Выемку с откоса производят одиночными параллельными стружками, треугольными стружками в широкой заходке и многорядными параллельными стружками в широкой заходке (рис.5.3. -.5.4) Толщина стружек составляет:

- в мягких породах – 10 – 15 см;

- в 5 – 8 см в плотных породах.

При одиночных параллельных стружках, после каждого хода по всей длине уступа экскаватор смещается на величину равную величине снятой стружке. Для передвижки рельсового пути используется путепередергиватели непрерывного действия, обычно встроенные в экскаватор.

При выемке с откоса уступа треугольными стружками экскаватор устанавливают на расстоянии S = 6 – 8 от верхней бровки. Стружка снимается на всю длину уступа. При этом экскаватор перемещается вдоль уступа туда и обратно до тех пор пока не сработает всю заходку на ширину S и пока планирующее звено не будет установлено горизонтально.

При отработке торцевого забоя (рис 5.4. б) полноповоротным многоковшовым цепным экскаватором на гусеничном ходу после выемки каждой стружки экскаватор перемещается вперед на расстояние равное толщине снимаемой стружке.

Высота и глубина черпания многоковшовых экскаваторов колеблется для различных типов экскаваторов от 5 до 40 м.

Высота уступа принимается не больше высоты или глубины черпания, а угол откоса уступа – не более угла естественного откоса.

Для раздельной выемки пластов сложного строения применяются цепные многоковшовые экскаваторы с многошарнирными выдвижными рамами (рис. 5.5.).

Многоковшовые роторные экскаваторы

Роторные экскаваторы в отличие от цепных получили большее распространение. Обусловлено это возможностью реализации больших усилий копания и высот уступов, большими значениями КПД, значительно меньшим износом элементов рабочего оборудования, большей универсальностью.

Роторные экскаваторы в основном используются при производстве вскрышных и добычных работах на угольных разрезах. Доля добычи угля роторными экскаваторами достигает 50 %. Также роторные экскаваторы используются на марганцевых карьерах и железорудных.

Производительность экскаваторов колеблется от 200 до 19000 м3/час по разрыхленной горной породе, высота отрабатываемых уступов – от 6 до 50 м и масса экскаваторов от 50 – до 13000 т.

В отечественной практике принята следующая градация карьерных роторных экскаваторов по их номинальной теоретической  производительности (м3/ч).

Малые ……. до 630

Средние …. 630 – 2500

Большие ……. 500 – 5000

Мощные …. 5000 – 10000

Сверхмощные … свыше 10000

По принципиальным компоновочным схемам большинство выпускаемых роторных экскаваторов выполняется с невыдвижной стрелой, что существенно упрощает ее конструкцию.

Преобладающий тип ходового оборудования роторных экскаваторов – гусеничный: двухгусеничный и трехопорный многогусеничный. Первый тип ходового оборудования характерен для машин массой до 1000 – 1200 т, второй тип – для более тяжелых машин.

Оригинальный тип ходового оборудования (шагающее – рельсовый) создан на Ново-Крамоторском машиностроительном заводе применительно к экскаваторам массой более 2 – 3 тыс. т.

Обозначение роторных экскаваторов следующее.

Начальные буквы в обозначении марки экскаватора обозначают тип экскаватора (ЭР – роторный), далее тип ходового устройства (ШР – шагающее – рельсовый, или Г – гусеничный, иногда этот индекс опущен); назначение (Д – добычной, В – вскрышной); с повышенным коэффициентом удельного усилия копания на режущей кроме ковша (П). После букв приводится производительность экскаватора (м3/ч) по рыхлой массе, либо емкость ковша в литрах, а после через дробь высота и глубина копания. Если экскаватор имеет выдвижную стрелу, то в конце указывается максимально возможное расстояние выдвижения. Если экскаватор имеет центробежный ротор, то в его маркировку вводится индекс Ц.

Пример записи: ЭРГ -1600. 40/10. 31 или ЭРШРД 5250. 22/2.

Роторные экскаваторы (рис 5.6.) имеют рабочий орган в виде роторного колеса диаметром от 2,5 до 18 м с ковшами, установленными на конце стрелы. При вращении ротора ковши срезают в забое стружку породы и передают ее на конвейер, расположенный на стреле экскаватора сбоку от роторного колеса. Порода, перемещаемая стреловым конвейером. Перегружается на разгрузочный конвейер, а с него – в транспортные средства. Число ковшей на роторе изменяется от 6 до 12. днища ковшей могут быть жесткими или гибкими. Первые применяются для сыпучих грунтов, вторые (цепные лили кольчужные) – для вязких и липких пород. Емкость ковшей изменяется от 300 – 800 до 4000 – 8000 л. Режущая кромка ковша снабжена четырьмя – шестью зубьями, которые армированы твердыми сплавами.

По величине удельного усилия резания различают с обычным усилием резания (до 0,6 МПа), с повышенным (более 0,7) и высокими усилиями резания (более 1,4 МПа).

По способу разработки забоя различают экскаваторы верхнего черпания (с глубиной копания ниже уровня стояния машины не более ½ диаметра ротора) и нижнего черпания. Максимальная высота черпания, определяющая высоту разрабатываемого уступа достигает при верхнем черпании 50 м и более . Максимальная глубина нижнего черпания роторных экскаваторов составляет 25 м.

Роторные экскаваторы могут быть неповоротными и поворотными Неповоротные работают в комплексе с транспортно-отвальными мостами и оснащаются железнодорожным ходом. Поворотные экскаваторы имеют гусеничный ход.

Забои роторных экскаваторов

Основные технологические параметры роторных экскаваторов(рис) – это глубина черпания IЧ, высота черпания Нч, радиусы черпания Rmax и Rmin, величина выдвижения стрелы l, радиус разгрузки RP, высота разгрузки максимальная HP. max, высота разгрузки минимальная HP. min, диаметр роторного колеса D.

Высота отрабатываемых подуступов ограничивается максимальным углом наклона стрелы: при верхнем черпании 27 градусов, при нижнем – 18 градусов. Эти величины указываются в технических характеристиках экскаватора.

Наиболее высокая производительность экскаватора достигается за счет сокращения времени на передвижку экскаватора.

Забой роторного экскаватора (схема 3) обычно располагается с торца уступа, реже со стороны откоса.

При расположении забоя с торца уступа экскаватор во время экскавации стоит на месте, а роторная стрела поворачивается вокруг оси экскаватора на угол φ = 90о – 135о. При этом забой разрабатывается при повороте стрелы  в прямом и обратном направлении. После отработки забоя на ширину заходки экскаватор передвигается вдоль заходки на расстояние, равное величине подачи роторной стрелы на забой. Угол поворота роторной стрелы в сторону уступа φ1 зависит от высоты уступа и достигает 90о. Величина поворота роторной стрелы в сторону откоса φ2 определяется  условиями полной отработки забоя в основании уступа и не превышает 45о – 50о.

Форма стружки (в плане), снимаемой экскаватором, зависит от конструкции роторной стрелы. Экскаватор с выдвижной стрелой снимает концентрические стружки (толщина стружки постоянна), при невыдвижной стреле стружка имеет серповидную форму.

Выемка горной массы из забоя производится роторным экскаватором вертикальными и горизонтальными стружками (см. схему).

При разработке вертикальными однорядными стружками вначале вынимается стружка толщиной t по всей ширине забоя. После этого, последовательно опускаясь вниз, ротор снимает стружки 2, 3 и 4. Затем ротор перемещается в исходное положение, и цикл повторяется. Такая схема используется при отработке плотных горных пород

Схема разработки вертикальными многорядными стружками отличается от предыдущей тем, что в этом случае в каждом горизонтальном слое снимается последовательно несколько стружек. Такая схема также применяется в плотных горных породах.

В рыхлых горных породах применяется схема разработки горизонтальными слоями сверху вниз с увеличенной глубиной захвата роторным колесом (до 0,7 D). Обычно такая схема используется при отработке фронтальным забоем.

Толщина снимаемой стружки t зависит от мощности экскаватора; у средних экскаваторов она достигает 0,3 – 0,5 м. у мощных до 1 м.

На схеме изображены основные технологические схемы забоев роторных экскаваторов.

На схемах а и б изображена работа роторного экскаватора с верхним и нижним черпанием без изменения направления вращения роторного колеса в торцевом забое без перегружателя

На схеме д приведена последовательная отработка торцевого забоя роторным экскаватором  верхнего и нижнего уступа без перегружателя.

На схеме в приведены параметры торцевого забоя при работе роторного экскаватора без перегружателя. Ширина заходки В (м) определяется минимальным радиусом черпания и рабочим углом поворота экскаватора φ:

В = Rmin(1 - cos φ),

где φ = 90о – для экскаватора с поворотной стрелой и φ = 135о – для экскаватора с поворотным корпусом.

С целью увеличения ширины заходки используют перегружатели, что сокращает затраты и время на передвижку конвейера – схема г.

На схемах е и ж приведена отработка фронтального забоя на всю длину заходки горизонтальными слоями и блоками.

При отработке блоками ширина забоя составляет : В = 2Rminsin φ/2.

Энергоемкость выемки, динамика нагрузок на ротор и удельное сопротивление копанию при выемке, вертикальных стружек на 10 – 30 5 меньше, чем при выемке горизонтальных. Однако выемка вертикальными стружками, особенно плотных глин, приводит к увеличению размера куска экскавируемой породы, что может существенно снизить производительность экскаватора.

Способ выемки также влияет на коэффициент использования экскаватора во времени из-за переездов и перемещения стрелы после выемки каждой стружки. Затраты времени на эти операции будут различными у экскаваторов с выдвижной и невыдвижной стрелой, а также в различных горно-геологических условиях. Поэтому учитывая кусковатость пород, расход электроэнергии и другие факторы при выборе способа выемки, эффективность каждого способа выемки характеризуется также коэффициентом использования экскаватора во времени kч.р.:

kч.р= tP/t0 = tP/(tP + t1 + t2),

где tP – время полезной работы экскаватора; t0 – общее время использования экскаватора; t1 – время вспомогательных операций (зависит только от принятого способа выемки); t2 – время простоев экскаватора (зависит от условий и организации транспортирования горной массы.

Параметры забоя определяются линейными параметрами экскаватора (длиной роторной стрелы, высотой ее подвески, диаметром ротора и т. д.), а также физико-механическими свойствами разрабатываемых пород.

Роторные экскаваторы являются совершенными машинами для раздельной выемки сложных пластов (схема). Они, в отличии от многоковшовых экскаваторов с многошарнирной ковшовой рамой, не требуют установки дополнительных лебедок и при разработке некрепких бурых углей могут вынимать слой практически любой мощности.

Производительность многоковшовых экскаваторов

Теоретическая производительность многоковшовых экскаваторов (в м3/ч) определяется геометрической емкостью ковшей Е и числом разгрузок их nР в единицу времени:

QO = 60EnP/

Число разгрузок ковшей цепных экскаваторов определяется скоростью движения цепи VЧ и ее шагом l : nР = VЧ/l.

Число разгрузок ковшей у роторных экскаваторов nP = nЧ nО,

где nЧ – число ковшей на роторе; nО – частота вращения роторного колеса, об/мин.

Конструктивно-расчетное число разгрузок ковшей в минуту указывается в технических характеристиках экскаваторов.

Техническую производительность экскаваторов (в м3/ч) в целике определяют с учетом коэффициента экскавации. Такие коэффициенты приведены в справочной литературе.

Для нижнего черпания коэффициент наполнения ковшей цепного экскаватора принимается на 10 – 15 % больше, чем для верхнего.

Эксплуатационная производительность многоковшовых экскаваторов зависит от коэффициента использования времени на чистой работе, который при разгрузке на железнодорожный транспорт равен 0,5 – 0,6, на конвейерный - 0,7 - 0, 8, и от числа рабочих часов в год.

Длительность рабочего сезона зависит от горно-геологических условий, климатических, технических и организационных факторов. Такие данные в настоящее время приводятся в справочной литературе.

В период низких температур многоковшовые экскаваторы не работают. Это связано с рядом причин. Это время используется для ремонта и подготовки оборудования для интенсивной работы в теплое время года.

Разработка горных пород гидромониторами

Разработка мягких пород гидромониторами основана на разрушении их струей воды из насадки.

Впервые в России гидромониторная установка была применена в 1867 году для разработки грунта на Восточносибирском золотом прииске.

Разработка забоя обычно осуществляется либо встречными либо попутными забоями (рис 30 из Анистр. рисую сам) Во встречных забоях забоях разработку ведут с образованием вруба в нижней части уступа для обрушения основной массы горной породы. Разрушенная порода насышается водой и самотеком направляется в зумпф, откуда грунтонасосом по трубопроводу транспортируется в гидроотвал.

В попутном забое разрушенная порода транспортируется до зумпфа этой же струей воды.

В Германии предложены схемы разработки горных пород с встречным и попутным забоем с направлением пульпы в зумпф по предварительно пройденной траншее.

Гидромониторные струи разделяют на низко – (до 1 МПа), средне – (1 – 5 МПа), высоко – (5 – 50 МПа) и сверх высоконапорные (более 50 МПа).

На открытых горных работах промышленное применение получили средненапорные струи с давлением 1,5 – 3 МПа.

На гидромониторах используются насадки диаметром от 52 до 220 мм, которые придают струе нужную форму и размер.

По способу управления гидромониторы могут быть с ручным, дистанционным и программным управлением, по способу перемещения – несамоходными и самоходными, имеющими гусеничные или шагающие органы перемещения.

На карьерах используются несамоходные гидромониторы с ручным ГМН – 250С и с дистанционным управлением ГМД 250, ГМДУ250. Созданы также гидромониторы на шагающем ходу – ГМСШД300, ГМСШД500 с дистанционным управлением.

При выборе мощности насосов рассчитывают необходимый напор Н (м) и расход воды Q (м3/ч):

H = h1 + h2 + h3 + h4 ,

где h1 – напор, необходимый для разработки породы;

h2 - напор на потери в водопроводе и гидромониторе (0,4 – 0,8 м на 100 м);

h3 – напор, необходимый на преодоление высоты подъема воды от уровня насосной станции до гидромонитора (разность геодезических отметок);

h4 - напор, необходимый на преодоление высоты всасывания, принимают 0,4 – 0,6 м.

Расход воды определяется из выражения Q = VQ1, где V – объем породы, разрабатываемый одним гидромонитором в час; Q1 – расход воды необходимый для разработки 1 м3 породы воды.

Диаметр насадки (м) определяется по выражению d = √q/(0,769v), где q – расход воды, м3/с; v – скорость струи воды при выходе из насадки гидромонитора, м/см; v = 4,1√h1.

Разработка горных пород скреперами

Скрепер относится к землеройно-транспортным машинам, совмещающим процессы выемки породы, перемещения ее на расстояние до 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.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Файл

4.лек..doc

4.лек..doc
Размер: 188 Кб

.

Пожаловаться на материал

Технология выемки горных пород. Типы выемочно-погрузочного оборудования, типы забоев и технологические схемы работы выемочного оборудования в мягких и скальных породах. Производительность и парк экскаваторов. Разработка горных пород гидромониторами.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Истории конфликтологии

Конфликтология - это наука, изучающая причины, сущность, форму и динамику конфликтов во всех сферах общественной жизни

Термины и определения. Медицина

Господарське право

Господарське право - сукупність правових норм. Відповіді на питання до іспиту. Закон України ЗУ. Господарський кодекс України ГКУ. Госоподарські товариства, господарювання, господарська діяльність.

Договор доверительного управления имуществом: понятие, элементы, содержание

Договор найма жилого помещения: понятие, элементы, содержание. Договор социального найма: понятие, элементы, содержание

Анализ обеспечения возвратности банковских ссуд: проблемы и пути решения

Дипломная работа. Кафедра «Финансы, учет и аудит» В дипломной работе раскрыты методы и формы обеспечения возвратности банковских ссуд на примере АО «Цеснабанк». Цель дипломной работы - изучение системы гарантий своевременного возврата банковских ссуд, проанализировать риски невозвратности кредита, а также рассмотреть стратегические программы этой системы.

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok