3. Выемочно-погрузочные работы
3.1. Сущность выемочно-погрузочных работ и связь с другими производственными процессами. Основные виды выемочного оборудования
Выемка и погрузка горных пород из массива (мягкие, сыпучие и плотные породы) или из развала (разрушенные породы) производится одной машиной или одним комплексом машин.
Одним из определяющих факторов, существенно влияющим на экономику добычи полезного ископаемого открытым способом, является выбор основного выемочного оборудования, обусловленный типом месторождения, экскавируемостью пород, требуемой производительностью одной машины и карьера в целом, валовым или селективным способами выемки, механизацией сложных процессов, параметрами карьера и его элементов, климатическими условиями и др.
Комплексная механизация – это структура взаимосвязи совокупности машин и механизмов от забоя до отвала (включая транспорт), обеспечивающих выполнение плановых показателей на добычных и вскрышных работах.
Машины и механизмы, входящие в структуру, выполняют основные и вспомогательные операции и в соответствии с этим подразделяются на основные и вспомогательные. Основной (ведущей) машиной является выемочно-погрузочная машина. За операцией, выполняемой основной машиной, следует другая, выполняемая следующей машиной; при этом связь второй машины с первой должна осуществляться на основе сохранения непрерывности общего процесса. Такая организация технологического процесса соответствует принципам комплексной механизации производства.
Комплексная механизация открытых горных работ предусматривает механизацию основных и вспомогательных операций с полным устранением тяжелого ручного труда на всех этапах производства так, чтобы мощность и производительность средств механизации каждой вспомогательной операции соответствовали мощности и производительности ведущего оборудования.
По характеру работы комплексы делятся на:
непрерывные, в которых подготовку горной массы к экскавации, выемку, погрузку, перемещение и отвалообразование или переработку производят машины непрерывного действия;
дискретные, в которых строго ритмичную работу осуществляют машины цикличного действия во всем потоке;
смешанные, в которых подготовку горных пород к выемке, выемку и погрузку выполняют машины цикличного действия, а перемещение горной массы – машины непрерывного действия или наоборот.
На современных карьерах стремятся применять однотипные средства механизации, что значительно упрощает и облегчает организацию горных работ, эксплуатацию, ремонт и обслуживание оборудования. Вместе с тем на вскрышных работах применяются наиболее мощные машины и комплексы, так как объемы вскрышных работ значительно превосходят объемы добычных работ.
К выемочным машинам цикличного действия относятся колесные скреперы, бульдозеры, одноковшовые погрузчики, прямые механические лопаты и драглайны; к машинам непрерывного действия – цепные многочерпаковые и роторные экскаваторы.
3.2. Типы забоев горных машин и выемка пород уступа
Объектом выемки горных пород является поверхность массива или развала, называемая забоем.
В зависимости от места расположения на поверхности уступа различают забои торцовый, продольный и забой-площадку (рис. 3.1).
Выемка пород в забоях всех типов может быть валовой (сплошной) и селективной (раздельной).
Забой, в пределах которого породы имеют одинаковые свойства, называется однородным (простым). Если же в пределах забоя породы имеют разные свойства, либо наряду с пустыми породами в забое имеется полезное ископаемое, либо полезное ископаемое представлено разными типами и сортами, требующими селективной выемки, забой называется разнородным (сложным). По условиям максимального использования производительности выемочной машины стремятся применять простые забои и валовую выемку.
Для существующих типов выемочного оборудования наиболее характерны следующие типы забоев: торцовые — для одноковшовых и роторных экскаваторов; продольные — для многоковшовых цепных экскаваторов на рельсовом ходу, а также для одноковшовых погрузчиков; забой-площадка — для бульдозеров и скреперов.
Отработка горизонтов в карьере осуществляется вдоль фронта работ уступа полосами, называемыми панелями (рис. 3.2).
После отработки каждой панели основные транспортные коммуникации переносят вдоль фронта работ уступа в новое положение.
Часть панели, разрабатываемая отдельной выемочной машиной, называется блоком панели.
Полоса массива или развала пород, отработка которых связана с подвиганием выемочных машин, называется заходками.
Транспортные горизонты размещаются на плотных или хорошо дренируемых породах.
Залежи малой мощности разрабатываются одним уступом. При мощности горизонтальных залежей mв ≤ 2 – 3 м выемка одноковшовыми экскаваторами обычно не эффективна, а при мощности наклонных и крутых залежей mг = 20 – 40 м создание (нарезка) нового уступа связано не только с полной выемкой ископаемого на вышележащем горизонте, но и с дополнительным отгоном уступа по вмещающим породам (рис. 3.5).
Выемка горизонтальных залежей мощностью mв = 4 – 20 м производится одним уступом нормальной высоты, а выемка наклонных и крутых залежей мощностью mг = 20 – 70 м при нарезке очередного уступа возможна после полной выемки залежи на вышележащем горизонте. Залежи средней мощности (mв = 15 – 40 м; mг = 60 – 150 м) в одном профиле карьера одновременно разрабатывают двумя уступами. Мощные залежи (mв > 20 – 40 м; mг > 100 – 150 м) разрабатывают тремя и более уступами и подуступами.