книги из ГПНТБ / Егурнов, Г. П. Выбор оптимальной мощности угольных и железорудных карьеров

Увеличение высоты уступа, как правило, обеспечивает более вы­ сокие экономические показатели за счет уменьшения числа уступов в карьере. При этом сокращается общая длина транспортных ком­ муникаций (железнодорожных путей, автодорог, конвейерных ли­ ний) и снижаются затраты на их строительство и содержание, по­ вышается производительность экскаваторов, так как уменьшается число их передвижек в забое и сокращаются объемы вскрышных работ.

По вопросу определения оптимальной высоты уступа в литера­ туре известно несколько работ [6, 29, 42], в которых приводились результаты исследования влияния последней на себестоимость вы­ емки 1 м3 горной массы. Для различных условий (производствен­ ной мощности карьера, длины его фронта, грузоподъемности со­ става и др.) Б. А. Симкиным определена оптимальная высота уступа для наиболее распространенных на карьерах экскаваторов ЭКГ-4,6, которая, по данным автора, находится в пределах от 24 до 34 м.

Если учесть, что максимально возможная по Единым правилам безопасности высота уступа при использовании экскаватора этого типа не может быть больше 10 м при разработке мягких пород и 15 м — при разработке крепких, то станет очевидным практическая ценность определения оптимальной высоты уступа. В данном слу­ чае оптимальные ее значения превышают реально возможные более чем в два раза.

Следовательно, при р а б о т е о д н о к о в ш о в ы х э к с к а в а ­ т о р о в — м е х а н и ч е с к и х л о п а т и т р а н с п о р т н ы х с и с т е ­ м а х о п т и м а л ь н о й в ы с о т о й у с т у п а я в л я е т с я в е л и ­ чина, у с т а н а в л и в а е м а я п р а в и л а м и б е з о п а с н о с т и .

При разработке мягких пород высота уступа, соответствующая требованиям Единых правил безопасности, также будет наиболее рациональной.

Разработка крепких пород, как известно, производится с пред­ варительным рыхлением их с помощью буровзрывных работ, при этом высота и ширина развала породы должны соответствовать ра­ бочим параметрам экскаваторов. Высота развала не должна превы­ шать максимальную высоту черпания экскаватора, а ширина его должна быть кратна (1,5ч-1,75) R4.у, где R4.у — радиус черпания экскаватора на уровне стояния.

При ширине развала Вр= (1,5ч- 1,71)^ч.у (рис. 2) погрузку по­ род целесообразнее'всего осуществлять за один проход экскава­ тора; при этом ж.-д. пути перемещаются на ширину развала.

Если £р = 2(1,5-г-1,71)#ч. у, то уборка пород развала лучше всего может быть осуществлена за два прохода экскаватора (рис. 3) заходками, равными Ai = A 2 = (1,5ч-1,71)/?ч.у; ж.-д. пути перемеща­ ются на величину, равную ширине заходки А по целику; расстоя­ ние бровки развала второй заходки до середины путей

21

всей ширины заходки (с двукратным переносом ж.-д. путей) воз­ можна только при ширине заходки по целику, которая соответст-

Для экскаваторов ЭКГ-4,6 и ЭКГ-8 ширина заходки при этом должна быть не меньше 21 и 26 м. Передвижка железнодорожных путей в этом случае производится через расстояние ta=

3(1,5-*-1,71)/?,. у+ C i-/?,. у — Rp

= — ------------------—------------ -------— и для указанных выше экска­

ваторов составит соответственно 10,6 и 14,8 м.

Как следует из приведенных выше рассуждений, при разработке крепких пород рациональная ширина развала, при которой обес­ печиваются наименьшие затраты на передвижку ж.-д. путей на уступе, должна удовлетворять условию кратности ее величине (1,5-г-1,71)/?ч. у- Численные значения рациональной ширины развала для различных типов экскаваторов при использовании ж.-д. транс­ порта приведены в табл. 7.

Ширина развала зависит от многих факторов: высоты уступа, параметров буровзрывных работ, физико-механических свойств разрабатываемых пород и др.

По данным различных исследований и натурных наблюдений при ведении буровзрывных работ ширина развала находится в пре­

22

условий обеспечивается наиболее рациональная уборка развала за один, два и три прохода экскаватора при однократной или дву­ кратной передвижке ж.-д. путей на уступе.

Выбор ширины заходки. На выбор ширины экскаваторной заходки влияют: параметры экскаватора, способ отработки уступа, система разработки и физико-механические свойства разрабаты­ ваемых пород. При выборе ширины заходки в случае применения механических лопат определяющим параметром является величина радиуса черпания на уровне стояния R4.y. Общепринято считать, что ширина заходки у этих экскаваторов при нижней погрузке

Рис. 5. Схема забоя экскаватора—механической лопаты

втранспортные средства не должна превышать 1,5/?ч. у. В этом слу­ чае считается, что ширина внешней части заходки Z (рис. 5) дол­ жна приниматься с таким расчетом, чтобы угол а не превышал 45°;

впротивном случае (если а>45°) будет наблюдаться сталкивание породы ковшом экскаватора на ж.-д. пути (или на автодорогу, кон­ вейер) по внешней части забоя и недобор последней. На практике, однако, предпочитают, чтобы этот угол не превышал 30°, поэтому ширина внешней части заходки получается равной 0,5R4.y, а ши­ рина всей заходки — 1,5^ч.у-

Ширина заходки оказывает большое влияние на производитель­ ность экскаватора, так как с изменением последней меняется угол поворота машины, а следовательно, и продолжительность экскава­ торного цикла. Поэтому для выбора рациональной ширины заходки необходимо исследовать влияние ее на производительность экска­ ватора.

Ширина заходки и производительность экскаватора. С измене­ нием ширины заходки изменяется угол поворота экскаватора на разгрузку и черпание, причем под углом поворота понимается сред­

24

ний угол поворота между местом разгрузки и центром тяжести элемента забоя Ц, разрабатываемого при одном стоянии экскава­

тора.

По данным Н. Г. Домбров­ ского [13], можно принять, что между углом поворота и про­ должительностью поворота экс­ каватора имеет место почти прямо пропорциональная зави­ симость.

Следовательно, продолжи­ тельность экскаваторного цик­ ла /ц при изменении угла пово­ рота экскаватора 0 или шири­ ны заходки составит

фс — угол поворота хвостовой части кузова.

25

В этом случае необходимо отметить, что положение оси ж.-д. пути определяется шириной внешней части заходки и правилами безопасности, согласно которым расстояние I от оси экскаватора до транспортного сосуда должно быть не меньше радиуса вращения хвостовой части кузова экскаватора, т. е. / = г + 0,5 м (см. рис. 6, а). Для всех моделей отечественных экскаваторов, применяемых для указанных выше схем работы, при углах а <45° (см. рис. 6, б ив) внешний угол поворота машины © не зависит от ширины заходки, а определяется величиной г.

Как указывалось выше, под углом поворота экскаватора пони­ мается угол между центром тяжести элемента забоя, разрабаты­ ваемого при одном стоянии экскаватора, и серединой транспортного сосуда, т. е. угол © (см. рис. 5 и 6). Для определения этого угла необходимо установить положение точки Ц — центра тяжести эле­ мента забоя.

Координаты центра тяжести для рассматриваемой фигуры (см. рис. 5) можно определить по формулам

_ Я x d x d y ,

Я d x d y

(7)

Я y d x d y

Я d x d y

= R2 у или от УЯ2 у — х2 до У#2 у — х2+ а.

Учитывая эти положения, определяем значения двойных интег­ ралов в формулах (7):

'ч . у

- х 2 + а

у Sln а

26

Подставляя в' формулы (7) значения интегралов, получим

Зная координаты центра тяжести, нетрудно определить угол фс между линией, соединяющей центр тяжести элемента забоя с точ­ кой поворота экскаватора, и осью его установки (см. рис. 6):

транспортного сосуда).

В табл. 8 приведены значения этих углов для различных моде­ лей экскаваторов — механических лопат, применяемых при транс­ портных системах разработки. Как видно из данных табл. 8, вели­ чина угла фс, а следовательно, и угла поворота экскаватора при увеличении ширины заходки уменьшается. Например, для экскава­ тора ЭКГ-4,6 при увеличении ширины заходки в 1,71 раза угол поворота машины уменьшается на 20°, или более чем на 30%.

Производительность экскаватора при уменьшении ширины за­ ходки за счет уменьшения угла поворота будет также увеличи­ ваться. Уменьшение продолжительности экскаваторного цикла, а следовательно, и повышение производительности экскаватора мо­

экскаватора ЭКГ-4,6 при (const = 13,7 сек, средней скорости поворота со = 14,8 градус/сек продолжительность экскаваторного цикла при увеличении ширины заходки от 8,7 до 14,9 м уменьшается на 10,6%, на такую же величину увеличивается производительность экскава­ тора.

Угол поворота экскаватора — механической лопаты при работе с погрузкой в средства ж.-д. транспорта в пределах возможного изменения ширины заходки не превышает 90°.

Себестоимость выемки 1 м3 горной массы с увеличением ширины заходки будет снижаться, что происходит как за счет увеличения

27

Т а б л и ц а 8

Значения углов фс, а\ и ©

производительности экскаватора, так и за счет снижения удельных затрат по переукладке ж.-д. путей или по переустройству автодо­ рог, конвейеров.

При работе экскаваторов — механических лопат с нижней по­ грузкой в средства ж.-д. транспорта ширину заходки необходимо принимать возможно большей (по условиям возможности захвата грунта); ширина заходки для отечественных экскаваторов различ­ ных моделей, применяемых в указанных выше случаях, приведена в табл. 9 и определена из условия A -=R4.у sin (30-f-45°).

28

С л у ч а й 2 — р а б о т а э к с к а в а т о р а с в е р х н е й п о ­ г р у з к о й в с р е д с т в а ж.-д. т р а н с п о р т а . При верхней по­ грузке возможны две схемы работ: проходка траншеи или нарезка нового горизонта (рис. 7, а) и отработка уступа (обычно нижнего) при расположении ж.-д. путей на кровле последнего (рис. 7,6). В обоих случаях стремятся обеспечить максимальную высоту ус­

где Яршах — максимальная высота разгрузки экскаватора; Лп— вы­ сота ж.-д. пути; hB— высота транспортного сосуда.

При погрузке в ж.-д. вагоны или автосамосвалы высота пути и . транспортных сосудов не превышает 4 м. Следовательно, высота

Величина Z определяется радиусом черпания экскаватора на уровне стояния R4.у и углом его поворота а, предельная величина

29

причем величина х и в этом случае может быть определена из выра­ жения (11), а величина Z не должна превышать величины Яч.у.

Как показывают расчеты, при разработке мягких пород экска­ ваторами ЭКГ-4у и ЭВГ-4 максимально возможная высота уступа (10 и 12 м) не обеспечивается условиями неравенства (13), что свидетельствует о невозможности разработки этими типами экска­ ваторов высоты породного уступа, рассчитанной по формуле (9).

Максимальная высота разрабатываемых уступов в этом случае определится на основании уравнения (11) и неравенства (13):

рис. 7, б, с применением буровзрывных работ развал породы дол­ жен быть такой ширины, при которой могла бы быть осуществлена погрузка за один проход экскаватора. В этом случае ширина раз­ вала не должна превышать \,7\R4.у, а высота уступа (для обеспе­ чения указанной ширины развала) должна удовлетворять условиям следующего неравенства:

с0