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

продолжительность поворота экскаватора, поэтому чем меньше (до известного предела) ширина забоя, тем меньше средний угол пово­ рота экскаватора и меньше продолжительность цикла.

Продолжительность цикла экскаватора в значительной мере за­ висит от квалификации машиниста экскаватора. Лучшие машинисты, совмещая отдельные операции цикла и соблюдая определенную пос­ ледовательность в разработке забоя, добиваются значительного сни­ жения продолжительности цикла и увеличения производительности экскаватора.

От организации работ зависит использование сменного и годового времени. При организации работы по технологическим графикам простои экскаватора сводятся до минимума, благодаря чему значи­ тельно увеличивается его производительность. Снижение простоев экокаватора ЭКГ-4,6 в течение смены на 0,5 ч позволяет повысить его производительность приблизительно на 60—100 тыс. м3 в год.

Вид транспорта является важнейшим фактором, определяющим продолжительность цикла экскаватора и его использование во вре­ мени, а следовательно, его производительность.

При экскаваторной погрузке в средства транспорта подвижной состав должен быть достаточно прочным, чтобы выдержать удары кусков породы; емкость кузова транспортных средств должна быть не менее чем в 4—5 раз больше емкости ковша экскаватора; схема развития путей на уступе и в карьере должна обеспечивать мини­ мальное время обмена груженых транспортных составов порожними.

Установлено, что при соотношении емкости кузова транспортных средств и емкости ковша экскаватора меньше 4—5 требуется тща­ тельная и точная установка ковша экскаватора над центром кузова, что увеличивает длительность разгрузки. Так, продолжительность цикла экскаватора ЭКГ-4,6 в одних и тех же условиях при погрузке породы в автосамосвалы МАЗ-525 составляет 27 сек, а в автосамо­ свалы МАЗ-205 — 50 сек.

При погрузке на ленточный конвейер емкость забойных бункеров должна быть не менее 1,5-кратиой емкости ковша экскаватора.

При расчетах соотношение емкости кузова и ковша принимается по наименьшему из двух значений., определяемых по формулам

где re«, пк — число ковшей экскаватора, необходимых для загрузки кузова соответственно по его емкости и грузоподъемности; Ѵк — емкость кузова, м3; Кр э коэффициент разрыхления породы в ковше экскаватора; К р к — коэффициент разрыхления породы в кузове автосамосвала или вагона; принимается (0,85^-0,95) АГр э; Fn — объем породы в ковше экскаватора, м3; QK— грузоподъемность

61

кузова; т; у — объемная масса породы или полезного ископаемого, т/м3; Qn — масса породы в ковше экскаватора, т.

Использование экскаватора во времени помимо прочих факторов определяется коэффициентом влияния транспорта, значение кото­ рого в одних и тех же условиях для различных видов транспорта различно.

При железнодорожном транспорте время па обмен груженого состава на порожний в среднем равно 15—30 мил и редко меньше. Поэтому коэффициент влияния железнодорожного транспорта соста­ вляет

где tnor — время погрузки состава (30—50 мин); to6 — время обмена состава (15—30 міш).

При автомобильном н конвейерном транспорте этот коэффициент близок к единице.

Значительного уменьшения времени на обмен состава н тем самым увеличения производительности экскаватора можно достигнуть при организации кольцевого движения поездов или приближении обмен­ ного пункта к экскаваторным забоям.

Качество рыхления породы взрыванием, определяющее в значи­ тельной степени производительность экскаватора, зависит не только от физико-механических свойств пород, по и от способа ведения и организации буровзрывных работ. Оценка качества взрыва произво­ дится по крупности разрыхленного материала.

Куски породы должны быть такпх размеров, чтобы они свободно могли помещаться в ковше экскаватора и проходить через приемное отверстие дробилки пли бункера. Этому условию удовлетворяют куски с линейными размерами

а = 0,8р^Е, м

пли

а = 0,86, м,

где Е — емкость ковша экскаватора, м3; Ъ — меньшая сторона при­ емного отверстия бункера или дробилки, м.

При добыче угля одноковшовыми экскаваторами с погрузкой через бункер на ленточные конвейеры размеры кусков угля не долиты превышать 500 мм.

Куски породы или полезного ископаемого, размеры которых пре­ вышают допустимые, называются негабаритом. При большом выходе негабарита затрудняется черпание горной массы в забое и затрачи­ вается много времени на разборку забоя и складирование кусков породы позади экскаватора.

Таким образом, на производительность экскаватора оказывают влияние разнообразные факторы. Учет и правильный их анализ позволяют выявить резервы и пути повышения производительности экскаватора.

62

Г л а в а II

ГОРНЫЕ РАБОТЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ МНОГОЧЕРПАКОВЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

§ 1. Технологические параметры многочерпаковых цепных экскаваторов

Мыогочерпаковые экскаваторы — это машины непрерывного дей­ ствия. Собственно экскаватор является головной машиной комплекса, в значительной мере определяющей эффективность работы связан­ ного с ним оборудования. Перемещение породы внутри экскаватора осуществляется конвейером.

По сравнению с одноковшовыми многочерпаковые экскаваторы более экономичны: расход энергии на экскавацию меньше, а произ­ водительность труда значительно выше. Преимущества многочерпа­ ковых экскаваторов особенно сильно проявляются на карьерах большой производственной мощности.

Многочерпаковые экскаваторы имеют значительно большую про­ изводительность, чем самые большие одноковшовые экскаваторы. Однако область применения многочерпаковых экскаваторов ограни­ ченна. Они могут работать в основном только в мягких породах и в теплое время года. В последнее время создаются многочерпако­ вые экскаваторы с повышенными усилиями резания, приспособлен­ ные для разработки крепких углей иполускальныхпород в районах Сибири и Казахстана.

Миогочерпаковые экскаваторы применяют на вскрышных и до­ бычных работах на марганцевых карьерах (Никопольский марганце­ вый бассейн), железорудных (Керченский железорудный бассейн), буроугольных (месторождения Правобережной Украины, Ермолаевское), при добыче нерудных полезных ископаемых и строительных материалов.

Большое распространение миогочерпаковые экскаваторы полу­ чили в ГДР и ФРГ. Их применяют также в ЧССР, США, Австралии и других странах.

По конструкции рабочего оборудования многочерпаковые экска­ ваторы делятся на цепные и роторные.

Цепные миогочерпаковые экскаваторы имеют рабочий орган — черпаковую раму, которая служит для направления цепи с черпаками. Рама одним концом шарнирно закреплена на кор­ пусе, а другой ее конец подвешен к укосине на полиспастах (рис. 21).

Выемка породы в забое производится черпаками, находящимися во время работы иа нижней ветви черпаковой цепи, прижимаемой к забою весом рамы. Емкость черпаков от 250 до 4500 л. Нагружен­ ные черпаки поднимают породу к верхнему барабану, огибая кото­ рый они разгружают ее в бункер (рис. 22), откуда порода поступает в вагоны или на специальный разгрузочный конвейер.

63

По способу черпания различают экскаваторы верхнего и нижнего черпания, а также комбинированные экскаваторы с двумя черпако­ выми рамами для одновременного верхнего и нижнего черпания.

Черпаковая рама может быть жесткой или шарнирной. Первая применяется для валовой, вторая — для раздельной выемки.У

Рис. 21. Схема цепного многочерпакового экскаватора с нижним черпанием:

1 — черпаковая рама; 2 — бесконечная черпаковая цепь; 3— верхний барабан; 4 — планирующее звено черпаковой цепи; 5 — подвижной противовес; 6 — тросыдля подвески стрелы стягами; 7— тяги для подвешивания рамы к стреле; 8 — тросдля управления планирующим звеном; 9 — стрела; 10 — разгрузочные люки; 11 — проезды под экскаватором; 12 — кран-укосинадлямонтажа и ремонта экскаватора

У большинства денных экскаваторов черпаковые рамы снабжены планирующими звеньями для планировки площадок уступов (см.

рис. 21).

Многочерпаковые экскаваторы могут быть полноповоротными и неповоротными. У полноповоротных экскаваторов в отличие от непо­ воротных верхняя часть с черпаковой рамой поворачиваетсяна360°, что дает возможность разрабатывать ими последовательно с одной

64

рабочей площадки два уступа: один — верхним, а другой — ниж­ ним черпанием.

Экскаваторы выпускают на железнодорожном, гусеничном и шагающем ходу. Гусеничный ход имеют обычно малые модели. Мощ­ ные цепные экскаваторы, применяемые для работы с фронтальным черпанием, главным образом с транспортно-отвальными мостами, чаще всего изготовляют на рельсовом ходу.

Рельсовые пути могут состоять из трех, пяти, семи и восьми ниток рельсов (включая откаточные пути). Обычно рельсовые пути

.В зависимости от этого экскаваторы называют одноили двухпор­ тальными.

Погрузка экскавируемого материала в располагаемые под пор­ талом вагоны обычно производится при непрерывном движении экскаватора вдоль фронта забоя.

Цепные многочерпаковые экскаваторы на гусеничном ходу, а так­ же некоторые экскаваторы на рельсовом ходу имеют боковую раз­ грузку через конвейер, расположенный на специальной поворотной разгрузочной консоли длиной до 65 м. Угол поворота разгрузочной консоли (в плане) достигает 110—130°.

Теоретическая производительность экскаваторов рассматривае­ мого типа составляет от 800 до .10 000 м3 в час.

§ 2. Схемы работы и размеры забоев многочерпаковых цепных экскаваторов

Различают две схемы отработки уступа: выемку чс откоса уступа узкими (0,1—0,2 м) и широкими (6—8 м) заходками и выемку с торца уступа широкими (20—30 м) заходками.

Форма ц размеры забоя определяются размером и профилем черпаковых рам, направлением черпания, характером экскавации (валовая или раздельная).

При работе цепиых многочерпаковых экскаваторов на рельсовом ходу с погрузкой породы на транспортно-отвальные мосты или на же­ лезнодорожный транспорт схема отработки забоя зависит от того, как осуществляется перемещение экскаватора и рельсовых путей в поперечном направлении — прерывно или непрерывно.

Рис. 23. Схема разработки уступа шпрокпмп заходкамп пеповортным многочерпаковым цепным экскаватором нпжнего черпания на рельсовом ходу:

I— положение черпаковой рамы в начале выемки заходки; II — то же, при окончании вы­ емки заходки

При выемке с откоса уступа узкими заходками ширина заходок равна ширине стружки. После отработки каждой заходки железно­ дорожные пути и вместе с ними экскаватор перемещают на 10—20 см. Для передвижки рельсового пути применяются путепередвигатели непрерывного действия, обычно встроенные в экскаватор.

При выемке с откоса уступа широкими заходками перед началом работы экскаватор устанавливают на расстоянии 5 = 6 -г 8 м от верхней бровки уступа. При этом черпаковая рама находится в гори­ зонтальном положении (рис. 23). Затем рама опускается, экскаватор передвигается по рельсовым путям и срезает первую клинообразную стружку. После снятия стружки по всей длине уступа черпаковую раму вновь опускают на небольшую величину, и при обратном ходе экскаватора срезается вторая стружка. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет отработана заходка шириной S и пока пла­ нирующее звено не будет установлено горизонтально. После этого рельсовые пути передвигают на расстояние S и начинают отработку новой заходки.

66

В новых конструкциях цепных экскаваторов черпаковая рама может перемещаться на толщину снимаемой стружки при одном и том же положении экскаватора. После того как рама переместится

Рис. 24. Схема отработки уступа цепным миогочерпаковым экскаватором на гусеничном ходу

на длину планирующего звена (5—6 м), экскаватор передвигают

вновую заходку. На такой же шаг передвигают рельсовые пути. Цепные многочерпаковые экскаваторы на гусеничном ходу рабо­

тают обычно с погрузкой на ленточные конвейеры. Перемещение

Рпс. 25. Схема раздельной выемкп сложного пласта пол­ ноповоротным миогочерпаковым экскаватором

фронта работ в этом случае параллельное, а разработка ведется, как правило, широкими заходками. Экскаваторы могут быть распо­ ложены как с откоса уступа, так и с торца уступа.

На рис. 24 показан способ разработки уступа с торца заходки нолиоповоротным миогочерпаковым цепным экскаватором на гусе­ ничном ходу при верхнем черпании. Черпаковая рама устанавли­ вается под углом, соответствующим углу откоса забоя, а нижнее планирующее звено находится в горизонтальном положении (рис. 24,

положение I). При работе верхняя часть экскаватора поворачи­ вается. После выемки каждой стружки экскаватор подвигается вперед на расстояние, равное толщине стружки. Стружки имеют серповидную форму. После отработки части заходки шириной S a последующая часть шириной Sb может быть отработана параллель­ ными стружками (рис. 24, положение II). При этой схеме ширина заходкп составляет 20—30 м.

Высота или глубина черпания у многочерпаковых экскаваторов определяется длиной черпаковой рамы и углом ее наклона и колеб­ лется для различных типов экскаваторов от 5 до 40 м.

Величина угла наклона рамы определяется крепостью и устой­ чивостью разрабатываемых пород п обычно не превышает 45°.

Высота уступа принимается не больше высоты или глубины чер­ пания, а угол откоса уступа — не более угла естественного откоса.

Многочерпаковые цепные экскаваторы с многошарнирными ра­ мами позволяют осуществлять раздельную выемку пластов слож­ ного строения (рпс. 25). Особенно эффективна раздельная выемка сложных пластов полноповоротными экскаваторами с многошарннрной выдвижной рамой.

§ 3. Технологические параметры роторных экскаваторов

Роторные экскаваторы (рис. 26) имеют рабочий орган в виде роторного колеса с черпаками, установленного на конце стрелы. Прп вращении ротора черпаки срезают в забое стружку породы и передают ее па конвейер, расположенный па стреле экскаватора сбоку от роторного колеса. Порода, перемещаемая стреловым кон­ вейером, перегружается на разгрузочный конвейер, а с него — в транспортные средства.

Число черпаков на роторе — от 6 до 12. Днища черпаков могут быть жесткими или гибкими. Первые применяются для сыпучих грунтов, вторые (цепные или кольчужные) — для вязких и л и п к и х пород. Емкость черпаков — от 300—800 до 4000—8000 л. Режущая кромка черпака снабжена четырьмя — шестью зубьями, которые армированы твердыми сплавами.

По величине удельного усилия резания различают экскаваторы с обычным усилием резания (до 60—80 кгс на 1 см режущей кромки черпака, или до 5—6 кгс/см2) и с повышенным усилием резания (от 90—100 до 180—190 кгс па 1 см режущей кромки, или от 8—9 до 15—18 кгс/см2). К первой группе относится большинство ротор­ ных экскаваторов отечественного и зарубежного производства, используемых для экскавации мягких пород и руд и бурого угля. Экскаваторы с повышенным усилием резания используются для экскавации каменного угля и полускальных, а также мерзлых

пород.

Ведутся работы по созданию экскаваторов с более высокими уси­ лиями резания (до 200—220"кгс на 1 см режущей кромки черпака и более).

68

Роторные колеса по своей конструкции делятся на камерные и бескамерные. В роторных колесах с камерами для каждого черпака нельзя достичь высокой скорости резания, так как затруднена быст­ рая выгрузка породы из каждой камеры. В настоящее время все больше применяют бескамерные колеса, при которых выше ско­ рость вращения роторного колеса и больше производительность экскаватора. Скорость вращения камерного роторного колеса у крупных экскаваторов составляет 2,5 м/сек, бескамерного — 4,5—6 м/сек. Диаметры роторных колес составляют от 2,5 до

18м.

Роторные стрелы могут быть невыдвижнымн и выдвижными.

Экскаваторы с невыдвижными стрелами, имея автоматическую регу­ лировку скоростей поворота роторной стрелы, обеспечивают практи­ чески равную производительность и при одинаковых параметрах на 20—25% легче экскаваторов с выдвижной стрелой. Однако при низкой несущей способности грунтов на добычных работах более эффективны экскаваторы с выдвижными стрелами. Максимальный ход выдвижения ротора современных экскаваторов составляет 20— 31 м.

По способу разработки забоя различают экскаваторы верхнего черпания (с глубиной копания ниже уровня стояния машины не более Ѵг диаметра ротора) и нижнего черпания. Максимальная высота черпания, определяющая высоту разрабатываемого уступа, достигает при верхнем черпании 45 м и более. Максимальная глу­ бина нижнего черпания роторных экскаваторов составляет 20 м.

Роторные экскаваторы могут быть неповоротными и поворотными. Неповоротиые работают в комплексе с транспортно-отвальными мостами и оснащаются колесным железнодорожным ходом. Поворот­ ные экскаваторы имеют гусеничный ход. Для малых-и средних моде­ лей при массе машины до 500—600 т применяют обычно двухгусеинчыые тележки. Мощные экскаваторы устанавливают на более сложные по конструкции многогусеничные ходовые устройства с трехили четырехточечпой опорной системой.

Удельное давление гусениц на почву при малых экскаваторах составляет 0,5—0,8, средних 0,8—1,2 и больших 1,2—3 кгс/см2.

В Советском Союзе для роторных экскаваторов успешно применен новый тип ходового оборудования — шагающе-рельсовый. По срав­ нению с гусеничным ходом он позволяет повысить проходимость машины, улучшить ее маневренность благодаря возможности пово­ рота на месте на любой угол, уменьшить затраты энергии на передви­ жение машины, обеспечить более плавное перемещение машины по лыжам при большой долговечности ходового устройства.

Технологическими параметрами роторных экскаваторов, опре­ деляющими размеры забоев и схемы работы, являются: диаметр роторного колеса, высота и глубина черпания, наибольший радиус черпания, шаг телескопичпости стрелы ротора, радиус и угол пово­ рота разгрузочной консоли, наибольшая и наименьшая высота разгрузки. Значения этих параметров приведены в табл. 5.

70