6.2. Технология отвалообразования при железнодорожном транспорте вскрыши

Характерная особенность отвалообразования при использовании железнодорожного транспорта – большой диапазон возможных средств механизации.

Плужное отвалообразование (рис. 6.2) находит применение на карьерах небольшой производительности с разбросанными отвальными участками (особенно при расположении их на косогорах). В качестве основного оборудования используют самоходные, реже прицепные отвальные плуги – машины с исполнительным органом в виде основного и вспомогательного лемехов, смонтированных на железнодорожной платформе. Подъем, опускание и поворот лемехов производят пневмоцилиндрами. Масса тяжелых плугов достигает 50–70 т, максимальный вылет главного крыла – 7,5 м, рабочая скорость 6–10 км/ч, средняя сменная производительность – 3,5–5 тыс. м³.

Р

а б в г

Рис. 6.2. Схема плужного отвалообразования

азгрузку породы из думпкаров ведут непосредственно под откос отвала (рис.6.2, а). Часть ее скатывается вниз, а 40–70 % остается на откосе уступа (рис. 6.2, б). После разгрузки составов по всей длине тупика (2000–2500 м) отвальный плуг производит профилирование (вспашку) отвала (рис. 6.2, в). После заполнения емкости отвала отвальный плуг осуществляет планировку трассы под передвижку пути с таким расчетом, чтобы спланированная поверхность была выше старой трассы на 0,2–0,5 м для компенсации неизбежной просадки пути при продвижении поездов (рис. 6.2, г).

Наибольший шаг передвижки путей (м)

, (6.1)

где с – шаг передвижки путей, м; а_к – вылет главного крыла отвального плуга, м; b – безопасное расстояние от оси пути до верхней бровки откоса уступа, м.

По правилам безопасности [15] расстояние от железнодорожного пути до бровки плужного отвала после каждой передвижки путей устанавливают в зависимости от устойчивости яруса отвала, оно составляет: не менее 1,6 м – при грузоподъемности думпкара до 60 т; и 1,8 м – при грузоподъемности думпкара более 60 т.

Обычно с = 1,5–2,5 м, реже 3–4 м. Передвижку пути ведут путепередвигателями цикличного действия. Высота уступов ограничена их устойчивостью и составляет 10–25 м.

Количество составов, разгружаемых на отвальном тупике за смену (ед.):

, (6.2)

где f = 0,85–0,95 – коэффициент неравномерности работы транспорта; η_п= 0,6–0,8 – коэффициент, учитывающий время на профилирование отвала; t_p и t_o – соответственно, время разгрузки и обмена состава, ч.

Сменная приемная способность отвального тупика (м³):

W_с = N_c·n_в·V_ф, (6.3)

здесь n_в – количество вагонов в составе; V_ф – фактический объем породы в кузове вагона, м³.

Приемная емкость отвального тупика (м³)

, (6.4)

здесь h_o – высота отдельного уступа, м; L_от – длина отвального тупика, м; K_ро – коэффициент остаточного разрыхления пород в отвале [25].

Длина отвальных тупиков находится в пределах 500–2500 м.

Общее количество отвальных тупиков, (ед.):

, (6.5)

где А_в – годовой объем вскрыши, поступаемой на отвал, м³; t_пт – продолжительность переукладкн пути на отвальном тупике, смен; n_см – количество рабочих смен отвального тупика за сутки; N_P – число рабочих дней карьера за год.

Основные достоинства плужных отвалов: низкие стоимость отвального оборудования и себестоимость отвалообразования; недостатки: ограниченная высота отвалов, малая приемная способность, большой объем путепередвижных и ремонтно-путевых работ, трудность обеспечения нормального состояния пути на свежеотсыпанном отвале из-за его просадок и перекосов.

Наиболее широко распространено на карьерах экскаваторное отвалообразование. В качестве отвального оборудования применяют мехлопаты, драглайны, отвальные многоковшовые экскаваторы-абзетцеры. При использовании мехлопат отвальный уступ разделяют на два подуступа. Транспортные пути располагают на кровле верхнего подуступа, мехлопату – на кровле нижнего (рис. 6.3). Разгрузку породы из думпкаров ведут в бункер-приямок, создаваемый экскаватором. Длина его равна 16–20 м, а глубина – 1,0–2,0 м. Расстояние между верхней бровкой бункера и осью пути по правилам безопасности должно быть не менее 1,6 м.

Рис.6.3. Схема отвалообразования с использованием мехлопаты

Экскаватор перемещает породу из приемного бункера вперед по ходу в нижний подуступ, сбоку под откос отвала и сзади себя в верхний подуступ (рис. 6.3). Если складируемые породы устойчивы, то заполняют одновременно оба подуступа. Затем осуществляют перегон экскаватора, переукладку пути и начинают отсыпку новой заходки. В слабоустойчивых породах сначала укладывают породу в нижний подуступ при прямом ходе экскаватора. При обратном движении мехлопаты ведут заполнение верхнего подуступа. Такая схема позволяет избежать холостых перегонов и сводит к минимуму возможность оползневых явлений, так как экскаватор перемешается по уплотненному отвалу. Рациональная длина отвального тупика 1–2 км, иногда до 3,5 км. Высота нижнего подуступа зависит от устойчивости пород и составляет 15–60 м. Высота верхнего подуступа h₁ не должна превышать максимальной высоты разгрузки:

h₁ = h₃ + h₄, (6.6)

где h₃=1,5 – превышение вновь отсыпаемого отвала над старым, м; h₄ – высота отвального забоя,, м.

Обычно высота отвального забоя составляет половину максимальной высоты черпания экскаватора. Шаг переукладки пути (рис. 6.3) можно определить по формуле:

, (6.7)

здесь R_P – максимальный радиус разгрузки экскаватора, м; R_ч – максимальный радиус черпания экскаватора, м; l_б – длина приемного бункера, м.

Количество составов, разгружаемых на отвальном тупике за смену, приемную емкость, приемную способность отвала и число тупиков (экскаваторов) рассчитывают по формулам (6.2)–(6.5) без коэффициента, учитывающего затраты временим на профилирование отвала.

Оптимальную модель отвального экскаватора выбирают, приравнивая его производительность (табл. 6.1) к приемной способности отвального тупика. Вместимость ковша экскаватора других моделей можно установить, решив совместно выражения (6.2), (6.3) и (4.14).

Планировку трассы на экскаваторных отвалах осуществляют бульдозерами. Переукладку путей ведут стреловыми кранами на рельсовом, реже на гусеничном ходу и тракторными путепереукладчиками-планировщиками. При использовании последних бульдозеры для планировочных работ не нужны.

Объем путепереукладочных и путеремонтных работ на отвалах может быть значительно снижен при использовании драглайнов (рис. 6.4). Применяемые схемы драглайнового отвалообразования различают по числу тупиков, обслуживаемых одним экскаватором, способам отсыпки отвальных ярусов и порядку их заполнения. Ширина отвальной заходки для экскаваторов ЭШ-10/70, ЭШ-13/50, ЭШ-15/90 может достигать 90–162 м. [37]. Недостатки драглайнового отвалообразования: меньшая производительность по сравнению с мехлопатами, затруднительность работы при тумане, снегопаде или сильном ветре.

Таблица 6.1. Сменная производительность отвальных экскаваторов, м³ (по Гипроруде)

Экскаватор	Песчаные породы	Суглинки		Глинистые породы		Полускальные породы	Скальные породы
		нормальные	вязкие	нормальные	вязкие
ЭКГ-4,6	3050	2750	2050	2350	1700	2300	1850
ЭКГ-5	3500	3050	2200	2500	1800	2450	2050
ЭКГ-6,3	4350	3850	2750	3200	2300	3100	2500
ЭКГ-8и	4850	4350	3300	3600	2600	3550	2900
ЭКГ-12,5	6650	6000	4450	4900	3550	4750	3850
ЭКГ-20	9850	9300	6900	7400	4200	7200	4500
ЭШ-5/45	2050	1800	1450	1650	1250	–	–
ЭШ-10/70	3000	3000	2350	2750	2000	–	–

При размещении в отвалах мягких вскрышных пород используют также отвальные многоковшовые экскаваторы-абзетцеры с роторным или цепным заборным механизмом, консольным ленточным конвейером и планирующим устройством длиной 10–12 м. Благодаря возможности поворота отвальной консоли на 180–360° абзетцер может отсыпать отвалы в два яруса, общей высотой до 70–90 м.

Породу из думпкаров разгружают в приемную траншею длиной в 1–2 состава и глубиной 2–3 м, которую образует сам абзетцер. При отсыпке отвалов в два яруса экскаватор, приемную траншею и железнодорожные пути размещают на кровле нижнего подуступа. Двигаясь вдоль траншеи, абзетцер ведет выемку породы и укладывает ее попеременно в нижний и верхний ярусы отвала. По мере заполнения нижнего яруса его поверхность планируют, засыпают траншею, после чего путепередвигатель непрерывного действия перемещает приемные и подэкскаваторные пути в новое положение. Затем вновь создают траншею, и цикл повторяется.

Ш

Рис.6.4. Схема отвалообразования с использованием драглайна:

h_к – глубина приемного котлована; l_б – длина приемного котлована; h_н – высота первоначальной насыпи; р – безопасное расстояние от оси железнодорожного пути до верхней бровки приемного котлована

ирина отвальной заходки зависит от длины отвальной консоли и составляет 40–60 м. Длина отвального тупика обычно равна 1–2 км. Производительность абзетцеров достигает 8500 м³/ч. Их широко применяют на карьерах Германии и на ряде карьеров Украины. К недостаткам этого способа отвалообразования относят зависимость от климатических условий высокую трудоемкость строительства и содержания абзетцерных путей.

Бульдозерное отвалообразование получает широкое распространение на отвалах высотой более 20 м при складировании мягких и полускальных хорошо разрыхленных пород. Его основные достоинства: невысокая стоимость (по сравнению с экскаваторами) отвального оборудования и малые эксплуатационные расходы, большой шаг переукладки путей, гибкая связь отвальных и транспортных работ. Недостатки: зависимость производительности бульдозеров от климатических условии и типа складируемых пород, повышенный износ ходовой части бульдозеров и большой расход жидкого топлива.

Отвальный уступ с общей высотой 30–50 м при этом способе отвалообразования разделяют на два подуступа (рис. 6.5). Высоту верхнего подуступа h_в (м) выбирают с таким расчетом, чтобы вся разгружаемая порода была размещена ниже рельсового пути. Обычно h_в =1,7–2,0 м. Длина отвального тупика составляет 1,2–1,5 км. Экономически целесообразная ширина отвальной заходки (шаг перемещения путей) – 30–60 м. Расчет показателей отвальных работ ведут по формулам (6.2)–(6.5).

а б

Рис.6.5. Схема бульдозерного (а) и скреперного (б) отвалообразования при использовании железнодорожного транспорта

Применяют несколько технологических схем (рис. 6.5). Наиболее эффективна комбинированная с двумя бульдозерами (схема а), один из которых, оснащенный универсальным отвалом, занят на перемещении породы из навала в промежуточное положение (на шаг до 4–7,5 м), а второй сдвигает ее под откос. Сменная производительность первого бульдозера достигает 6000 м³, второго – 1500–2800 м³. Нижний подуступ отсыпают при движении от въезда к концу тупика, верхний – в обратном направлении. Планировку трассы и перемещение путей осуществляют отвальными бульдозерами или тракторными путенереукладчиками-планировщиками. Широкое внедрение этого способа могут обеспечить мощные бульдозеры.

Интенсификации разгрузки составов большой вместимости и уменьшению объема путевых работ способствует также скреперное отвалообразование. В этом случае породу загружают в приемную яму, предварительно, планируют мощными бульдозерами, а затем укладывают в отвале большегрузными колесными скреперами при кольцевой схеме движения (схема б). Высота верхнего подуступа (глубина приемной ямы) составляет до 3 м. Ширина отвальной заходки может достигать 400–500 м. Отвальные работы ведут отдельными блокам» длиной 200–300 м. Наиболее эффективна двухблочная схема, когда в одном из блоков идет разгрузка составов, а в другом – скреперование [37]. Годовая приемная способность отвального тупика может достигать 4,5–8,0 млн. м³. Следовательно, на крупных карьерах с годовым объемом вскрыши 15–20 млн. м³ достаточно иметь 3–4 тупика, что будет способствовать резкому снижению трудоемкости работ. Скреперное отвалообразование эффективно для тех же условий, что и бульдозерное. Несомненному развитию этого способа будет способствовать создание скреперов с вместимостью ковшей 40–50 м³.

Для увеличения приемной емкости отвалов используют гидроотвалообразование. Разгружаемую из вагонов породу смывают с откоса струями воды из водовода с насадками, проложенного вдоль откоса (рис. 6.6), из гидромониторов, расположенных с боков разгрузочной площадки или из аккумулирующей емкости, сооружаемой на насыпи за разгрузочной площадкой [25]. Pacход воды на 1 м³ породы, укладываемой в отвал, составляет от 0,25 до 0,4 м³. Этот способ применяют при необходимости возведения отвалов из малоустойчивых пород: торф, рыхлые суглинки и супеси.