книги из ГПНТБ / Хохряков, В. С. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых учебник

В ы с о т а ч е р п а н и я — вертикальное расстояние от гори­ зонта установки экскаватора до режущей кромки ковша при черпа­ нии. Максимальная высота черпания Нчтах соответствует макси­ мально поднятой рукояти. Различают также высоту черпания IIч при максимальном радиусе черпания.

от уровняустановки экскаватора до нижней кромки открытого днища ковша.

Рабочие параметры экскаватора ограничивают сферу действия экскаватора и определяют размеры забоев.

К экскаваторному забою и призабойному пространству относятся: часть поверхности массива или развала, из которой производится выемка породы или полезного ископаемого; площадка, на которой стоят экскаваторы и загружаемые транспортные средства.

Прямая механическая лопата может работать в боковом (торцо­ вом), тупиковом пли фронтальном забое.

Согласно Правилам технической эксплуатации (ПТЭ) нормальным является боковой забой, в котором благодаря более удобной подаче транспортных средств и меньшему углу поворота экскаватора (90— 110°) его производительность на 30—40% выше, чем в траншейном.

По мере отработки н подвиганпя забоя экскаватор периодически перемещается вслед за забоем. Шаг передвижки равен толщине одной-двух стружек черпания, т. е. 1—1,5 м. Экскаваторы на гусе­ ничном ходу могут передвигаться со скоростью 0,9—3,7 км/ч.

Величина преодолеваемого уклона изменяется от 20'—22° для строительных легких экскаваторов до 3—7° для тяжелых экскава­ торов с массой более 100—120 т.

Основные технологические параметры одноковшовых экскавато­ ров приведены в табл. 2.

Одноковшовые экскаваторы устанавливают на почве уступа. Разработка ведется отдельными заходками, забои которых располо­ жены с торца. Во время работы механическая лопата черпает породу пз заходки снизу вверх и по мере отработки перемещается вперед.

Рабочий цикл экскаватора состоит из четырех основных опера­ ций: заполнения ковша (черпания), поворота на выгрузку, выгрузки породы из ковша и поворота в забой. Дополнительные движения обычно совмещаются с основными: вынос и опускание ковша для разгрузки — с поворотом экскаватора из забоя, а опускание ковша для черпания — с поворотом экскаватора в забое.

Продолжительность цикла определяется суммой

= в ~f~ “I“^гт, з» Сек,

где t4 — продолжительность черпания; £п_в — продолжительность поворота для выгрузки; tB — продолжительность выгрузки; іп_3 — продолжительность поворота в забой.

42

Средняя продолжительность цикла и распределение его времени по отдельным операциям при работе экскаватора ЭКГ-4,6 составляет (в сек):

Из приведенных данных видно, что наибольшее время (около 60%) в продолжительности цикла при нормальных условиях работы занимают повороты экскаватора. Поэтому при уменьшении угла поворота экскаватора продолжительность цикла сокращается.

Время черпання зависят от твердости породы или качества раз­ рыхления скальной породы буровзрывными работами. При плохом рыхлении длительность черпания возрастает.

Продолжительность выгрузки породы из ковша зависит в основ­ ном от того, производится ли она в отвал или в транспортный сосуд. В последнем случае время, затрачиваемое на выгрузку, определяется соотношением емкости кузова транспортного сосуда и емкости ковша экскаватора. Наибольшее время затрачивается при выгрузке в транс­ портные сосуды малой емкости, когда требуется остановка ковша и точная наводка его над центром кузова. Наименьшее время тре­ буется на выгрузку породы в отвал, так как при этом она произ­ водится на ходу без установки ковша в определенном поло­ жении.

Продолжительность рабочего цикла одноковшовых экскаваторов приведена в табл. 2.

§2. Схемы работы и размеры забоев карьерных экскаваторов

вмягких породах

Схемы работы, размеры и очертания забоев определяются рабо­ чими параметрами экскаватора, видом транспорта и крепостью пород.

Экскаватор может работать в боковом и тупиковом забое. Обыч­ ным является боковой забой, в котором обеспечивается большая производительность экскаватора и транспортных средств из-за мень­ шего угла поворота и более удобного обмена транспортных сосудов при их загрузке.

Схемы работы и размеры забоев в мягких и скальных породах существенно различаются (см. рис. 11 и 13), что объясняется более легкими условиями эксплуатации экскаваторов при цягких породах (меньше необходимые усилия резания, отсутствие негабаритов и силь­ ных динамических нагрузок на рабочее оборудование), возможностью применения ковшей увеличенной емкости вследствие меньшей кре­ пости и меньшей объемной массы пород.

43

Профиль забоя механической лопаты в рассматриваемых усло­ виях совпадает с траекторией ковша экскаватора и вследствие этого имеет угол откоса 65—80°.

Высота забоя определяется высотой черпания экскаватора и по условию обеспечения безопасности работы не должна превышать максимальной высоты черпания. В противном случае на кровле уступа будут оставаться козырьки и нависи, которые, обрушаясь, могут повредить экскаватор (рис. 12). Максимальная высота забоя в мягких породах не должна превышать 10 м при работе экскаваторов ЭКГ-4,6; 13 м — при работе ЭКГ-8 и 15 м — при ЭКГ-12,5.

Минимальная высота забоя должна обеспечивать полное наполнение ковша экскаватора за одно черпание. Для со­ блюдения этого условия она должна составлять не менее 2/з высоты распо­ ложения напорного вала. Минимальная высота забоя в мягких породах должна быть не меньше 2,5 м при работе экска­ ватора ЭКГ-4,6 и не менее 3,5 м при работе ЭКГ-8.

Максимальная ширина забоя ограни­ чивается радиусом черпания экскава­ тора на уровне стояния.

Расстояние от оси перемещения эк­ скаватора при работе в забое до откоса уступа пе может превышать радиуса черпания экскаватора на уровне стояпия і?ч у. В противном случае у по­

дошвы уступа будет оставаться порода. Поэтому ширина внутренней части забоя принимается равной радиусу черпания на уровне стояния.

Во внешней части забоя порода может быть захвачена ковшом лишь тогда, когда угол поворота экскаватора в сторону выработан­ ного пространства не превышает 45°.В противном случае грунт при черпании отодвигается ковшом в выработанное пространство и не зачерпывается. Поэтому в мягких породах ширину внешней части забоя принимают не более 0,5—0,7 от R 4 у.

Таким образом, по условию нормального черпания ширина забоя в мягких породах не должна превышать 1,5—1,7 от R 4 у.

Минимальное расстояние экскаватора от забоя выбирается из условий безопасности и возможности отработки нижней бровки. Удобная отработка нижней бровки забоя возможна при свободном расстоянии между гусеницами и навалом не менее 1,5 длины ковша. При более близком расположении для выравнивания подошвы забоя необходимы передвижки экскаватора.

Ширина забоя зависит также от вида транспорта, так как взаим­ ное положение экскаватора, транспортных средств и забоя опре­ деляет величину среднего угла поворота экскаватора.

44

Поскольку от угла поворота зависит продолжительность поворота экскаватора при погрузке, составляющая 60—70% времени рабочего цикла, ширина забоя определяет эффективность его работы.

Продолжительность поворота прямо пропорциональна среднему углу поворота экскаватора, который измеряется как угол между центром тяжести элемента забоя и центром тяжести площади раз­ грузки. Чем меньше (до известного предела) ширина забоя, тем меньше средний угол поворота экскаватора и тем меньше продолжи­ тельность цикла экскаватора. При работе экскаватора ЭКГ-5 умень­ шение среднего угла поворота на 15° позволяет сократить продол­ жительность цикла на 2 сек и увеличить производительность работы примерно на 10%. Однако ширину забоя принимают меньше макси­ мальной лишь при автомобильном и конвейерном транспорте. При железнодорожном транспорте забой стремятся сделать шире', чтобы сократить число переукладок рельсового пути и снизить объем трудо­ емких путевых работ.

Транспортные средства при погрузке должны находиться в зоне разгрузки ковша. Поэтому рельсовые пути располагают параллельно уступу на расстоянии (0,8—0,9)і?ртах от оси экскаватора. Авто­ самосвалы могут располагаться не только сбоку экскаватора, но также позади него или несколько впереди. При использовании ленточных конвейеров экскаваторная погрузка на них производится через бункер-питатель, который располагается сбоку или позади экскаватора.

При работе экскаватора в породах с недостаточной несущей спо­ собностью значительно осложняются соблюдение проектных отметок подошвы уступа и передвижка экскаватора.

Универсальным и наиболее распространенным мероприятием, позволяющим уменьшить удельное давление экскаватора на грунт, является устройство настила из дерева или металлических щитов. Настил укладывают поперек каждой гусеницы. Щиты переносятся и укладываются экскаватором с помощью канатов.

При выемке пород, способных к налипанию, значительно ухуд­ шается разгрузка ковша. Для его очистки, осббенно при пониженных температурах, необходимо проводить специальные мероприятия (на­ грев, механическую очистку и др.).

§3. Схемы работы и размеры забоев карьерных экскаваторов

вскальных породах

Вскальных породах на работу экскаватора влишот следующие обстоятельства:

предварительное разрыхление пород буровзрывным способом; значительные ударные нагрузки на рабочие органы экскаватора; сложность устройства ровных площадок для расположения экска­ ватора при плохо взорванном забое, вследствие чего появляются неравпомериые нагрузки на ходовые устройства, часто приводящие

к их излому;

45

неодинаковая высота забоя (развала) в пределах одной заходки. При работе в скальных породах большое значение имеет качество рыхления. Мелкораздробленная порода экскавируется без затруд­ нений, так как ковш заполняется на небольшом участке, черпание можно производить толстой стружкой, а сыпучесть материала обеспе­

30м.

Ширина развала взорванных скальных пород на уступе должна

быть такой, чтобы он мог быть отработан за один или несколько проходов экскаватора, т. е. кратной 2R,, у.

Практически на большинстве карьеров при одноили двухрядном расположении скважин ширина развала составляет 20—40 м и отра­ батывается за два полных прохода, а при многорядном составляет 50—80 м и отрабатывается за три-четыре прохода экскаватора.

46

При погрузке пород в автомобили жесткая связь между пара­ метрами забоя и расположением транспортных путей отсутствует, так как устройство дорог значительных затрат не требует, и авто­ самосвалы могут подаваться под погрузку по различным схемам. Поэтому при автомобильном транспорте ширину заходки выбирают из условий хорошего дробления, и она зависит от общей организации работ на уступах.

На некоторых рудных карьерах получают распространение при автомобильном транспорте широкие заходки (40—60 м). Развал породы в этом случае направлен вдоль заходки, что позволяет сокра­ тить ширину рабочих площадок и за счет этого увеличить угол рабо­ чего борта. При погрузке породы в широких заходках применяют чѳлноковое движение экскаватора в поперечном направлении.

§4. Схемы работы и размеры забоев вскрышных экскаваторов

сверхней погрузкой

Вскрышные экскаваторы — механические лопаты с удлиненным оборудованием производят погрузку горной массы в транспортные сосуды, расположенные выше уровня стояния экскаватора.

Работа вскрышного экскаватора с верхней погрузкой нашла широкое применение при проведении траншей, нарезке новых гори­ зонтов и отработке уступов, на почву которых затруднены транс­ портные подступы. Применение верхней погрузки значительно повы­

чем при нижней погрузке. Меньшая производительность экскаваторов при верхней погрузке объясняется

увеличением продолжительности рабочего цикла на 25—50% по сравнению с нижней погрузкой. Увеличение стоимости экскавации 1 м3 горной массы является следствием меньшей производительности экскаваторов с верхней погрузкой и больших амортизационных отчислений из-за более высокой их стоимости. Поэтому применение экскаваторов с верхней погрузкой экономично лишь в тех случаях,

47

когда олагодаря их преимуществам повышается экономичность про­ изводства горных работ на карьере в целом.

Размеры забоя при работе экскаватора с верхней погрузкой устанавливаются в зависимости от рабочих параметров экскаватора п устойчивости уступа. Более полное использование экскаватора обеспечивается при наибольшей высоте уступа, которая ограничи­ вается максимальной вы­ сотой и радиусом разгрузки экскаватора. Наибольшая высота забоя II (рис. 14)

из условия использования максимальной высоты разгрузкиЯртах определяется

по формуле

Н-- Н р шах ^в‘ ■е, м,

где hB— высота вагона или кузова автосамосвала от кровли уступа м; е — бе­ зопасный зазор между ку­ зовом и ковшом в момент разгрузки.

Наибольшая высота забоя при полном использовании радиуса разгрузки определяется по формуле

Н — (Rp—і?„. у—с) tg а, м,

где і?р — радиус разгрузки при максимальной высоте разгрузки, м; 7?,. у — радиус черпания на уровне стояния, м; с — безопасное расстояние от оси путей до верхней бровки уступа, м; а — угол откоса уступа, градус.

Таким образом, допустимая высота забоя для данной модели экскаватора зависит от угла а, величина которого определяется устойчивостью пород. Чем больше угол откоса, тем большей может быть принята высота забоя.

Наибольшая высота уступа при угле откоса, равном 70°, соста­ вляет 12 м для экскаваторов ЭВГ-4И, 18 м для ЗВГ-6И и 24 м для ЭВГ-15.

Ширина забоя при верхней погрузке определяется так же, как и при нижней погрузке. При работе вскрышных экскаваторов в ту­ пиковом забое (рис. 15) поперечное сечение траншеи зависит от рабо­ чих размеров экскаваторов и физико-механических свойств пород.

Наименьшая ширина траншеи понизу должна обеспечить безопас­ ное размещение экскаватора в забое траншеи с учетом радиуса пово­ рота кузова RK и зазоров между кузовом и откосом уступа ег при высоте кузова hK. Ширина эта составляет 15—16 м для экскаватора ЭВГ-4И и 20—22 м для ЭВГ-6И.

48

Наибольшая ширина траншеи понизу определяется исходя из значения радиуса черпания экскаватора на уровне стояния

Ь = 27?ч<у, м.

Она составляет 22 м для экскаватора ЭВГ-4И и 27,2 м для экска­

ватора ЭВГ-6И.

Наибольшая ширина траншеи понизу должна удовлетворять, кроме того, условию

j= * R p — (c+ # c tg a), м.

Наибольшая возможная глубина траншеи должна соответство­ вать максимальной высоте разгрузки экскаватора # ргаах и радиусу разгрузки Rp.

Эти условия выражаются зависимостями

Я ^ Я р , „ а х '

Я ss (Rp —R 4 у —с) tga,

где Ьъ — высота вагона и рельсового пути, м; е — зазор между кузо­ вом и ковшом, м/

В устойчивых скальных породах (когда а >* 70°) глубина траншеи ограничивается максимальной высотой разгрузки и составляет 12 м для экскаватора ЭВГ-4 и 18 м для ЭВГ-6. В мягких породах (когда а <70°) наибольшая глубина траншеи ограничивается радиусом разгрузки и имеет меньшее значение, чем в первом случае.

§ 5. Схемы работы и размеры забоев драглайнов

Драглайны применяют при разработке угольных, железорудных и других месторождений, главным образом для перевалки мягких пород. Широко используются они на земляных работах при стро­ ительстве каналов, дорог, гидросооружений и т. п. Драглайнами выполняется около 20% объемов горных и земляных работ.

В отдельных случаях небольшие машины с емкостью ковша до 4—6 м3 применяют для погрузки породы в транспортные сосуды. Соотношение емкости кузова транспортного средства и емкости ковша должно быть не менее 3—4.

Драглайны с емкостью ковша более 10—15 м3 могут применяться в полускальных и скальных, но хорошо разрыхленных породах.

Ковш драглайна не крепится жестко к рукояти, как у лопаты, а подвешен к стреле на стальных канатах. Рабочее оборудование драглайна состоит из ковша 6 (рис. 16), упряжи подъемного каната 3, тягового каната 5 и разгрузочного каната 4. Ковш открыт спереди и сверху. Его боковые стенки соединены для жесткости аркой. Упряжь ковша, придающая ему, рабочее положение, состоит из системы цепей и канатов. К обойме на подъемном канате подвешены

две подъемные цепи 2, которые расперты коромыслом 1 для пред­ отвращения трения о ковш. Они присоединены вторыми концами к боковым стенкам ковша. К передней, выступающей вперед части боковых стенок прикреплены тяговые цепи 7, соединяющиеся с тяго­ вым канатом. Разгрузочный канат 4, присоединенный к тяговому канату п к арке ковша, огибает блок обоймы.

Перемещение ковша по забою происходит посредством тягового

иподъемного канатов. Через тяговый канат ковшу передается уси­ лие, необходимое для его перемещения, а подъемным канатом регу­ лируется величина угла, под которым ковш перемещается вдоль забоя.

Перемещаясь по забою, ковш отделяет (срезает) стружку породы

изаполняется. Заполненный ковш поднимается к голове стрелы. При этом подтягивается подъемный канат при постепенно отпуска­

емом, но натянутом тяговом канате. Угол между горизонталью и днищем ковша при его подъеме должен составлять 15—20°. Прп большей или меньшей величине этого угла положение ковша стано­ вится неустойчивым. Регулируется угол изменением длины разгру­ зочного каната.

Разгрузка ковша происходит при свободном опускании тягового каната.

Поворот экскаватора на разгрузку происходит при ковше, под­ тянутом к голове стрелы. Это предотвращает раскачивание ковша.

Длительность черпания зависит в основном от крепости породы и толщины стружки, срезаемой драглайном. При увеличении тол­ щины стружки сокращается путь, проходимый ковшом при черпании

50