3. Ширина рабочей площадки

При расчете ширины рабочей площадки исходят из того, что она должна быть минимальной. Это обусловлено требованием экономической эффективности ведения горных работ. В то же время ширина рабочей площадки должна обеспечить безопасность ведения горных работ.

Ширина рабочей площадки при разработке мягких и плотных пород (Ш^м_рп) равна:

Ш^м_рп = А + С + Т + П + Z_H, м (4.5)

где А - ширина заходки, м;

С - безопасное расстояние от нижней бровки уступа до транспортной полосы (С = 1 м);

Т - ширина транспортной полосы (принимать двухполосное движение транспорта (приложение 10)),м;

П - ширина полосы для размещения вспомогательного оборудования и устройств электроснабжения (П = 6 м);

Z_н - ширина призмы возможного обрушения откоса уступа, м.

Z_н = h_н • (ctg а_у^м - ctg а_р^м) (4.6)

Z = h_ск • (ctg а_у^ск - ctg а_р^ск). (4.7)

где h_н (см. рис. 4.7.а) - высота уступа по наносам. В данном случае за высоту уступа принимается мощность наносов;

h_ск (см. рис. 4.7.б) - высота уступа по скальным породам.

Рис. 4.7 - Схема к расчету ширины рабочей площадки:

а - по мягким и плотным породам;

б - по коренным породам.

Углы а_р и а_у принимать для рыхлых и коренных(скальных) пород соответственно.

Ширина рабочей площадки при отработке коренных пород (Ш_рп) равна:

Ш_рп^ск = В_р + С + Т + П + Z, м (4.7)

где В_р - ширина развала взорванной породы (см. работу №3), м.

При расчете Z принимать углы а_р и а_у для коренных пород и для мягких пород соответственно (стр. 35).

3. Производительность одноковшовых экскаваторов

Различают паспортную, техническую и эксплуатационную производительность экскаватора.

Паспортная производительность экскаватора (Q_эп) определяется только конструктивными параметрами машин:

Q_э.п = , м³ /ч (4.8)

где Е - вместимость ковша экскаватора, м³;

t_цп - паспортная продолжительность рабочего цикла экскаватора (табл. 4.1), с.

Технической производительностью (Q_э.т) является наибольшая возможная часовая производительность экскаватора при непрерывной работе в конкретных горно-геологических условиях. С учетом влияния экскавируемости породы на наполнение ковша и параметров забоя приближенная техническая производительность определяется по формуле:

Q_э.т = • К_э • К_т.в, м³/ч (4.9)

где t_ц - продолжительность цикла экскаватора в конкретных условиях забоя (табл. 4.2), с;

К_т.в - коэффициент влияния технологии выемки (К_тв = 0,8÷0,9);

К_э - коэффициент экскавации (табл. 4.1).

Коэффициент экскавации равен:

К_э = К_н/Кр, (4.10)

где К_н - коэффициент наполнения ковша;

К_р - коэффициент разрыхления породы в ковше (табл. 4.1).

Сменная эксплуатационная производительность (Q_э.сm), м /смену:

Q_э.сm = Q_э.т • Т_см • К_и, (4.11)

где Т_см - продолжительность смены,ч (Т_см = 11);

К_и - коэффициент использования экскаватора в течение смены (К_и = 0,6÷0,8).

Суточная производительность экскаватора Q_э.сут :

Q_э.сут = Q_э.см • n_см, м /сут (4.12)

где n_см – число смен работы экскаватора в течении суток (n_см = 2).

Годовая производительность экскаватора Q_э.год:

Q_э.год = Q_э.сут • n_год, м³/год (4.13)

где n_год - количество рабочих дней экскаватора в году (n_год = 252).

Таблица 4.1 - Коэффициенты разрыхления породы и наполнения ковша

Категория пород	Плотность горной массы	Коэффициенты
по блочности	в целике, кг/м	Кр	Кн	Кэ
I	1600	1,15	1,05	0,91
II	1800	1,25	1,05	0,84
III	2000	1,35	0,95	0,70
IV	2500	1,50	0,90	0,60
V	3500	1,60	0,90	0,56

* Зависит от σ_сж (см. Приложение 3).

Рабочий парк экскаваторов:

N_э.р = , (4.14)

где V_год - годовой объем вскрыши (см. занятие №2).

Инвентарный парк экскаваторов:

N_э.и = f • N_эр, (4.15)

где f - коэффициент резерва экскаваторного парка (f_э = 1,2÷1,25).

Аналогично производятся расчёты рабочего и инвентарного парка экскаватора, работающего по полезному ископаемому. На сложноструктурных месторождениях с наклонным и крутым залеганием пластов при их относительно небольшой мощности в Кузбассе успешно применяют обратные мехлопаты с объёмом ковша до 10-15 м³.

На горизонтальных и пологих залежах наравне с обратной мехлопатой при погрузке угля используются драглайны и прямые мехлопаты.

В данной работе рекомендуется произвести расчёт производительности, рабочего и инвентарного парка экскаватора обратная мехлопата по вариантам.

Производительность экскаватора, работающего на добыче угля, считается в тоннах.

Таблица 4.2 - Время цикла t_цп и t_ц для мехлопат

Категория пород по блочности*	Марка экскаватора
	ЭКГ-10	ЭКГ-12	ЭКГ-15	ЭКГ-20
Паспортная продолжительность цикла tцп, с
	26	28	28	28
Продолжительность цикла экскаватора в конкретных условиях забоя tц , с
I	29,0	31,5	32,0	32,5
II	32,1	34,8	35,3	35,8
III	34,7	38,0	38,4	38,8
IV	36,9	40,1	40,6	41,2

Рабочий парк добычного оборудования рассчитывается исходя из количества полезного ископаемого, которое необходимо добыть за 1 год (Агод):

N_{э.р пи} = (4.16)

где Агод – производственная мощность карьера, млн. т /год. (см. занятие №2)

Пример расчета

Исходные данные берутся по индивидуальному заданию и из предыдущих выполненных работ (по породе – ЭКГ-12, по полезному ископаемому – Liebherr R 984 C обратная лопата)

Расчет ЭКГ-12

Паспортная производительность экскаватора:

Q_э.п = = = 1534 м³/час.

Техническая производительность:

Q_э.т = • К_э • К_т.в = • 0,7 • 0,82 = 652 м³/час.

Сменная производительность:

Q_э.сm = Q_э.т • Т_см • К_и = 652 • 11 • 0,7 = 5020 м³/см.

Суточная производительность:

Q_э.сут = Q_э.см • n_см = 5020 • 2 = 10040 м³/сут.

Годовая производительность:

Q_э.год = Q_э.сут • n_год = 10040 • 252 = 2,53 • 10⁶ млн.м³/год.

Рабочий парк экскаваторов:

N_э.р = = = 3,68 единиц.

Инвентарный парк:

N_э.и = f • N_эр = 1,25 • 3,68 = 4,6 ≈ 5 единиц.

Расчет Liebherr R 984 C:

Паспортная производительность экскаватора:

Q_э.п = = = 1050 м³/час.

Техническая производительность:

Q_э.т = • К_э • К_т.в = • 0,91 • 0,8 = 764 м³/час.

Сменная (эксплуатационная) производительность:

Q_э.сm = Q_э.т • Т_см • К_и •ρ_пи = 764 • 11 • 0,7• 1,35= 7942 т/см.

Суточная производительность:

Q_э.сут = Q_э.см • n_см = 7942 • 2 = 15884 т/сут.

Годовая производительность:

Q_э.год = Q_э.сут • n_год = 15884 • 252 = 4,00 • 10⁶ млн.т/год.

Рабочий парк экскаваторов:

N_э.р = = = 0.29 единиц.

Инвентарный парк:

N_э.и = f • N_эр = 1,25 • 0,29 = 0,36 ≈ 1 единица.

Контрольные вопросы:

1. Элементы рабочей площадки.

2. Виды экскаваторных забоев.

3. Отличительные особенности мехлопаты.

4. Отличительные особенности драглайна.

4. Технологические параметры мехлопаты.

5. Виды производительности одноковшового экскаватора.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 5

Тема: «Расчет автомобильного транспорта»

Цель работы - освоить расчеты карьерного транспорта с использованием большегрузных автосамосвалов.

1. Общие сведения

Карьерный транспорт предназначен для перевозки горной массы от забоев к пунктам разгрузки на поверхности. Его особенности: значительный объем перевозок и сосредоточенная направленность перемещения карьерных грузов при относительно небольшом расстоянии транспортирования; значительная крутизна преодолеваемых подъемов в груженом направлении.

2. Расчет автомобильного транспорта

Расчет автомобильного транспорта состоит в обосновании типа автосамосвалов, определении их производительности и необходимого количества, а также пропускной и провозной способности автодорог, организации движения автотранспорта.

Основные параметры автосамосвалов приведены в приложении 10.

Грузоподъёмность автосамосвала выбирается исходя из дальности транспортирования горной массы и рационального соотношения V_a /E, где V_a - вместимость кузова автосамосвала с «шапкой», м; E - вместимость ковша экскаватора, м (табл. 5.1).

Таблица 5.1 - Условия применения автосамосвалов

Вместимость ковша экскаватора, м3	Рациональное соотношение Va /Е при расстояниях транспортирования, км
	1÷2	3÷4	5÷6
3÷4	5,2	6,5	8,0
5÷6	5,0	6,0	7,5
8÷10	4,5	5,5	7,0
12÷16	4,2	5,0	6,5
20÷25	4,0	4,8	6,0

Расчет автотранспорта выполняют по закрытому циклу, т.е. с закреплением автосамосвалов за конкретным экскаватором.

Время рейса автосамосвала:

Т_р = t_пог + t_гр + t_р + t_пор + t_м, мин (5.1)

где t_гр, t_пор – соответственно время движения в грузовом и порожнем направлениях, мин;

t_р – время разгрузки автосамосвала, мин;

t_м – продолжительность маневрирования автосамосвала в забое и пункте разгрузки, мин;

t_пог – время погрузки автосамосвала, мин.

T_пог = n_к • t_ц / 60 (5.2)

где n_к - число ковшей, разгружаемых экскаватором в кузов автосамосвала;

t_ц – продолжительность рабочего цикла экскаватора, с.

N_к = V_а / E, (5.3)

Число ковшей n_к принимаем меньшим целым значением.

Время рейса в груженом и порожнем направлениях, мин:

t_гр = 60 • К_рт • ( + + ), (5.4)

t_пор = 60 • К_рт • ( + + ), (5,5)

где Lст, L_зд, L_OT – соответственно, средневзвешенная длина стационарных автодорог на поверхности, временных забойных автодорог, отвальных автодорог (согласно заданию), км;

К_рт – коэффициент, учитывающий разгон и торможение автосамосвала (К_рт = 1,1÷1,15);

V_ст.гр, V_зд.гр, V_от.гр и V_ст.пор V_зд.пор, V_от.пор - соответственно, скорости движения автосамосвала в грузовом и порожнем направлениях по стационарным, забойным и отвальным автодорогам, км/ч (табл. 5.2).

Продолжительность разгрузки t_р для автосамосвалов грузоподъемностью до 40 т составляет 1 мин, при большей грузоподъемности – 1,5÷2 мин.

Время маневрирования t_M зависит от схемы подъезда автосамосвалов: при сквозной и кольцевой схеме t_M = 0,4 мин; при тупиковой t_M = 1 мин.

Таблица 5.2 - Скорости движения автосамосвала

Дороги	Скорости движения автосамосвала, км/ч
	с грузом	без груза
Магистральные: бетонные	34÷45	45÷50
щебеночные	30÷32	36÷42
Отвальные	14÷17	16÷19
Складские	10÷12	11÷13
Забойные	11÷13	14÷15

Производительность автотранспорта в значительной мере зависит от схемы подъезда автосамосвала к забою и установки его у экскаватора. В зависимости от размеров рабочей площадки и вскрытия уступа возможен сквозной подъезд автосамосвала к экскаватору (рис. 5.1.а), подъезд с петлевым (рис. 5.1.б) и тупиковым (рис. 5.1.в, г) разворотами.

Рис. 5.1 - Схемы подъезда автосамосвалов к экскаватору: а – сквозная; б – с петлевым разворотом; в, г – с тупиковым разворотом.

Сквозной подъезд применяется при наличии двух выездов с рабочего горизонта. Является наиболее простым и эффективным.

Подъезд с петлевым разворотом используют при встречном движении автотранспорта и достаточной для разворота ширине рабочей площадки.

Обычно время обмена самосвалов по этим схемам не превышает рабочего цикла экскаватора.

Подъезд с тупиковым разворотом используют в стесненных условиях. При этом производительность автосамосвала по сравнению с вышеприведенными схемами на 10÷15% ниже.

Число рейсов автосамосвала в час N_р,

N_р = 60 / Т_р. (5.6)

Производительность автосамосвала:

- техническая

Q_а.ч = q_а • N_р • K_г • K_ра / ρ_п, м /ч (5.7)

- эксплуатационная сменная:

Q_а.см = Q_а.ч • Т_см • К_и.а, м³/смену (5.8)

- суточная:

Q_а.сут = Q_а.см • n_см, м³/сут (5.9)

- годовая:

Q_а.год = Q_а.сут • n_год, м³/год (5.10)

где q_а –грузоподъёмность автосамосвала, т;

К_г – коэффициент использования грузоподъемности автосамосвала (К_г = 0,9);

К_ра – коэффициент разрыхления породы в кузове автосамосвала (К_ра = 1,1);

р_п – плотность перевозимой породы в целике, т/м³, (берется из исходных данных);

Т_см – продолжительность смены (Т_см = 11), ч;

п_см – число смен в сутках (п_см = 2);

n_год – число рабочих дней в году (n_год = 252);

К_и.а – коэффициент использования автосамосвала в течение смены (К_и.а = 0,7 ÷ 0,8).

Число рабочих автосамосвалов для обеспечения эффективной работы одного экскаватора определяется по формуле:

N_а.1 = , ед. (5.11)

Общее количество автосамосвалов (рабочий парк) для обеспечения работы n экскаваторов (см. занятие №4) равно:

N_а.Р = (5.12)

Инвентарный парк автосамосвалов с учетом находящихся в ремонте и техническом обслуживании:

N_а.инв = N_а.р • К_ин, (5.13)

где К_ин = 1,2 - коэффициент резерва.

Аналогично выбирается автотранспорт и производится расчёт для перевозки полезного ископаемого. Длина стационарных дорог и длинна дорог на складе полезного ископаемого ( L_{ст. пи}, L_скл ) - берутся по вариантам из приложения №1. Длина забойной дороги (L_{зд. пи}) – принимается такой же, как при перемещении пустой породы.

Производительность автосамосвалов-углевозов считается в тоннах.

Рабочий и инвентарный парк автосамосвалов для транспортирования полезного ископаемого формируются исходя из производственной мощности предприятия (Агод) (см. занятие №2) и берётся не более необходимого количества с учётом коэффициента резерва:

N_а.пи = , ед. (5.14)

N_{а пи.инв} = N_а.пи • К_ин, (5.15)

где К_ин = 1,25 - коэффициент резерва.

Пример расчета

Дано: L_ст = 2 км, L_зд = 1,2 км, L_от = 0,4 км. Схема подъезда автосамосвала на погрузку во всех забоях - тупиковая. Плотность перевозимой породы р_п = 2,6 т/м . L_{ст пи} = 4,5 км, L_{зд пи} = L_зд (по условию), L_скл = 0,25 км. Плотность перевозимого угля р_пи = 1.35 т/ м³

Расчёт самосвалов породовозов:

Определяем соотношение V_а/Е для перевозки породы (табл. 5.1). Для расстояния транспортирования 3,6 км (2 + 1,2 + 0,4) и емкости ковша экскаватора 12м³ оно равняется 5.

Следовательно, емкость кузова автосамосвала должна быть равна:

V_а = 5 • E = 5 • 12 = 60 м³.

По приложению 6 находим автосамосвал с наиболее близкими характеристиками. Это БелАЗ-7512 с емкостью кузова «с шапкой» 61 м³.

Определяем число ковшей:

n_к = V_а/Е = 61/12 ≈ 5

Время погрузки автосамосвала:

t_пог = n_к • t_ц / 60 = 5 • 38 / 60 = 3,2 мин.

Время движения в груженом и порожнем направлениях:

t_гр = 60 • К_рт • ( + + ) = 60 • 1,12 • ( + + ) = 12,2 мин.

t_пор = 60 • К_рт • ( + + ) = 60 • 1,12 • ( + + ) = 10,8 мин.

Время рейса:

Т_р = t_пог + t_гр + t_р + t_пор + t_м.

Грузоподъемность автосамосвала БелАЗ-7512 составляет 120 т, следовательно, время разгрузки t_р принимаем 2 мин. Время на маневрирование при тупиковой схеме подачи t_м = 1 мин. Следовательно:

Т_р = 3,2 +12,2 + 2 +10,8 +1 = 29,2 мин.

Число рейсов автосамосвала в час:

N_р = 60/ Т_р = 60/29,2 = 2,05 рейса.

Техническая производительность автосамосвала:

Q_а.ч = q_а • N_р • K_г • K_ра / ρ_п = 120 • 2,05 • 0,9 • 1,1 / 2,6 = 93,6 м³/ч.

Сменная производительность:

Q_а.см = Q_а.ч • Т_см • К_и.а = 93,6 • 11 • 0,7 = 720,1 м³/смену.

Суточная производительность:

Q_а.сут = Q_а.см • n_см = 720,1 • 2 = 1440,2 м³/сут.

Годовая производительность:

Q_а.год = Q_а.сут • n_год = 1440,2 • 252 = 362930 м³/год.

Число рабочих автосамосвалов для обеспечения эффективной работы одного экскаватора:

N_а.1 = = = 6,97 единиц

Рабочий парк автосамосвалов:

N_а.Р = = 5 • 6,97 = 34,8

Инвентарный парк:

N_а.инв = N_а.р • К_ин = 34,8• 1,2 = 41,76≈42 автосамосвала

Расчёт самосвалов-углевозов:

Определяем соотношение V_а/Е для перевозки породы (табл. 5.1). Для расстояния транспортирования 5.95 (4.5+ 1,2 + 0,25) км (бреется по вариантам в исходных данных) и емкости ковша экскаватора 7 м³ оно равняется 7.

Следовательно, емкость кузова автосамосвала должна быть равна:

V_а = 7 • E = 7 • 7 = 49 м³.

По приложению 6 находим автосамосвал-углевоз с наиболее близкими характеристиками. Это БелАЗ-7555Д с емкостью кузова «с шапкой» 50,5 м³.

Определяем число ковшей:

n_к = V_а/Е = 50,5/7 ≈ 7

Время погрузки автосамосвала:

t_пог = n_к • t_ц / 60 = 7 • 24 / 60 = 2,8 мин.

Время движения в груженом и порожнем направлениях:

t_гр = 60 • К_рт • ( + + ) = 60 • 1,12 • ( + + ) = 17,5 мин.

t_пор = 60 • К_рт • ( + + ) = 60 • 1,12 • ( + + ) = 15,1 мин.

Время рейса:

Т_р = t_пог + t_гр + t_р + t_пор + t_м

Грузоподъёмность автосамосвала БелАЗ-7555Д составляет 55 т, следовательно, время разгрузки t_р принимаем 1,5 мин. Время на маневрирование при тупиковой схеме подачи t_м = 1 мин. Следовательно:

Т_р = 2,8 +17,5 + 1,5 +15,1 +1 = 37,9 мин.

Число рейсов автосамосвала в час:

N_р = 60/ Т_р = 60/37,9 = 1,58 рейса.

Техническая производительность автосамосвала:

Q_а.ч = q_а • N_р • K_г • K_ра / ρ_пи = 55 • 1,58 • 0,9 • 1,1 / 1,35 = 63,7 м³/ч.

Сменная производительность:

Q_а.см = Q_а.ч • Т_см • К_и.а • ρ_пи = 63,7 • 11 • 0,7• 1,35 = 662 т/смену.

Суточная производительность:

Q_а.сут = Q_а.см • n_см = 662 • 2 = 1324 т/сут.

Годовая производительность:

Q_а.год = Q_а.сут • n_год = 1324 • 252 = 333648 т/год.

Число рабочих углевозов для обеспечения бесперебойной работы одного экскаватора:

N_а.1 = = = 11,98 единиц

Число рабочих углевозов для обеспечения годовой производственной мощности карьера (Агод):

N_{а пи} = = = 3,45 единиц

Рабочий парк автосамосвалов:

N_а.Р = = 1 • 3,45 = 3,45

Так как рабочий и инвентарный парк автосамосвалов для транспортирования полезного ископаемого формируются исходя из производственной мощности предприятия (Агод), то берём не более необходимого количества с учётом коэффициента резерва:

N_{а пи.инв} = N_а.пи • К_ин = 3,45 • 1,25 = 4,31≈ 5 автосамосвалов-углевозов

Контрольные вопросы:

1. Назовите особенности работы карьерного транспорта.

2. Перечислите составляющие рейса автосамосвала.

3. От каких факторов зависит производительность автосамосвала?

4. Назовите схемы подъезда автосамосвалов к забою.

5. Назовите критерии выбора грузоподъемности автосамосвала.