4.1 Понятие о выемочно-погрузочных работах

Выемка и погрузка горных пород является одним из основных процессов технологии добычи полезных ископаемых открытым способом. От выбора выемочно-погрузочных машин и их соответствия конкретным гидрогеологическим условиям в значительной степени зависят основные технико-экономические показатели работы карьера.

На рудных карьерах для выемки и погрузки горных пород чаще всего применяют машины цикличного действия — одноковшовые экскаваторы и фронтальные погрузчики. При удалении из карьерного поля мягких вскрышных пород используют также технику непрерывного действия — многочерпаковые цепные и роторные экскаваторы. Землеройно-транспортные машины (бульдозеры, колесные скреперы и т. п.) применяют на вспомогательных работах (строительство автодорог, планирование рабочих и отвальных площадок и т. д.).

Выемка горных пород—отделение мягких пород от массива уступа или черпанье разрыхленных скальных пород из развала горной массы рабочим органом машины. Погрузка горных пород — процесс перемещения пород из забоя уступа в транспортные средства или непосредственно в отвал. Выемку и погрузку горных пород выполняют, как правило, одной машиной или комплексом машин.

В качестве выемочно-погрузочного оборудования на карьерах используются экскавационные машины цикличного и непрерывного действия (рис. 4.1).

Рисунок 4.1 - 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

В машинах цикличного действия (одноковшовые экскаваторы, погрузчики, колесные скреперы, бульдозеры и др.) рабочий орган состоит только из одного ковша или режущего элемента (лемех бульдозера), периодически выполняющего функции выемки и перемещения горной массы. В машинах непрерывного действия (многоковшовые цепные и роторные экскаваторы и др.) ковши (черпаки) перемещаются по замкнутой траектории и создают непрерывный поток груза.

Поверхность горных пород в массиве или развале, являющаяся объектом выемки, называется забоем.

При выемке пород из массива забоем могут являться следующие поверхности уступа или подуступа: торец уступа, т. е. боковой его откос, образованный при выемке части полосы уступа (рис. 4.2,а, е, ж); площадка уступа (рис. 4.2,6); продольный откос уступа (рис. 4.2, в).

При выемке разрушенных пород забоями также являются торцовый (рис. 4.2, д) или продольный откос развала, а иногда и его верхняя поверхность. Соответственно забой называетсяторцовым, продольным и забоем-площадкой . Чаще всего продольный откос уступа совпадает с фронтом его работ, и продольный забой называется фронтальным. Разновидностью торцового забоя является траншейный забой . Иногда применяются комбинированные забои, когда одновременно разрабатываются две поверхности уступа или развала, например площадка и продольный откос (рис. 4.2, г). Продольный и торцовый откосы относятся к разрабатываемой части уступа или развала.

Рисунок 4.2 - Типовые схемы забоев а, д, е, ж — торцовый, б — забой-площадка; в — фронтальный; г — комбинированный

По структуре пород забои могут быть однородными (простыми) и разнородными (сложными). В однородных забоях горные породы имеют одинаковые свойства, а в разнородных - различные (вскрышные породы с различными свойствами, вскрышные породы и полезное ископаемое, полезное ископаемое разных сортов). Разработка простых забоев осуществляется валовым (сплошным) способом. В сложных забоях выемка полезного ископаемого и вскрыши или полезного ископаемого различных сортов осуществляется раздельно (селективно).

В зависимости от взаимного расположения забоя и горизонта установки выемочно-погрузочной машины различают выемку верхним, нижним и смешанным (верхним и нижним) черпанием. Аналогично различают и погрузку нижнюю, верхнюю и смешанную (рис. 4.3).

Рисунок 4.3 - Схемы работы экскаваторов: а - с верхним черпанием и нижней погрузкой; б - с верхним черпанием и верхней погрузкой;  в - с верхним и нижним черпанием и с верхней и нижней погрузкой

Техническая возможность и экономическая целесообразность использования на карьерах различного выемочно-погрузочного оборудования зависит от крепости пород, условий залегания полезного ископаемого, требуемой производительности одной машины и карьера в целом, вида механизации смежных процессов (подготовка пород к выемке и транспортирование горной массы), климатических условий, способа выемки (валовой или селективной) и от других факторов.

Полосы уступа или развала, отработка которых связана с подвиганием выемочно-погрузочных машин, называют заходками. Отработка каждой полосы характеризуется новым положением транспортных коммуникаций на уступе. По длине фронта работ на уступе может быть установлено несколько экскаваторов. В этом случае отрабатываемый уступ делят наэкскаваторные блоки.

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

По характеру движения транспортных средств под загрузку при выемке пород в пределах экскаваторных блоков выделяют тупиковые и сквозные схемы движения. Тупиковые схемыхарактеризуются движением транспортных средств только в пределах выработанного пространства. Сквозные схемы позволяют организовать движение транспортных средств вдоль всего экскаваторного блока (рис. 4.4).

Рисунок 4.4 - Типовые схемы заходок: а — тупиковая траншейная продольная; б — тупиковая эксплуатационная продольная; в — сквозная нормальная