Горные машины

Траншейные экскаваторы представляют собой самоходные землеройные машины непрерывного действия с цепным или роторным рабочим оборудованием. Классификация их приведена на рис. 80. Они предназначены в основном для разработки пород категории III с каменистыми включениями до 10–15 % по объему и размером не более 200 мм. Применение этих экскаваторов возможно в районах с равнинной местностью.

Сооружение разведочных канав и траншей может производиться лобовым или боковым забоем. Лобовым является забой, при котором ось передвижения экскаватора находится в пределах контура выработки. Иногда при сооружении канав в неустойчивых породах или с большим объемом выемки применяют боковой забой, при котором ось передвижения экскаватора находится за пределами контура канавы и, как правило, параллельно оси выработки.

Выделяют теоретическую, техническую и эксплуатационную производительность экскаватора. Теоретическая производительность, м3/ч,

= 60 q′ QT tц ,

где q' – геометрическая вместимость ковша, м3; tц – время рабочего цикла экскаватора, мин;

Техническая производительность, м3/ч,

где Kн – коэффициент наполнения ковша (может быть принят для пород категорий I–II – 0,9; категорий III–IV – 0,7…0,8); Kр – коэффициент разрыхления породы (песок – 1,08…1,17; ломовая глина – 1,26…1,32; разборная скала и руда – 1,4…1,5).

Эксплуатационная производительность, м3/смена,

Qэ =Qтехн Kи = 60 q′ Kн Kи T ,

tц Kр

где Kи = 0,55…0,9 – коэффициент использования экскаватора во времени; Т – продолжительность рабочей смены, ч.

Теоретическая производительность позволяет сравнивать различные машины и оценивать их совершенство, техническая – показывает предел, к которому стремится ее величина при полном использовании машины, а эксплуатационная– характеризуеторганизационнуюработунапредприятии.

Высокая эффективность сооружения открытых геологоразведочных выработок экскаваторами достигается при рациональных формах орга-

221

низации труда и соответствии условий производства работ эксплуатационным и техническим возможностям этих машин.

В Кавалеровской экспедиции ПГО «Приморгеология» для сооружения разведочных канав в породах категорий I–IV глубиной до 4 м использовался одноковшовый экскаватор Э-304Б. В условиях залесенной местности с продольным уклоном до 15° производительность экскаватора составила 132 м3/смену, стоимость 1 м3 – 0,35 руб.,1 годовая выработка превысила 20 тыс. м3. Высокие технико-экономические показатели были достигнуты при сооружении канавтраншейными экскаваторами в условиях Центрального и Южного Казахстана. В Целиноградской геологоразведочной экспедиции при сооружении выработок глубиной до 3 м в породах категорий I–IV экскаваторами ЭТУ-354 производительность труда составила 72 м3/чел.-смену, а стоимость 1 м3 – 0,42 руб. В Чатыркульской геологоразведочной партии производительность труда при сооружении канав экскава- торомЭТУ-354 составила80 м3/чел.-смену, астоимость1 м3 – 0,32 руб.

В поисково-съемочной партии Южно-Казахстанского управления с экскаватором ЭТР-161 при сооружении канав длиной 500…1000 м в породах категорий III–IV на глубину до 2 м средняя производительность составила 200 м3/смену, а стоимость 1 м3 – 0,45 руб.

Рис. 81. Плужный канавокопатель: 1 – копающий орган; 2, 8 – ходовая и тяговая рамы; 3 – блок полиспаста; 4, 6 – тросы выглубления

и тяговый; 5 – флюгерная колонка; 7 – средний нож

Сооружение канав канавокопателями успешно применяется в мягких породах. Канавокопатели – это землеройные машины непрерывного действия (рис. 81). Они выпускаются двух типов: плужные (рабочим органом является двухотвальный плуг) и фрезерные (рабочий орган состоит из двух дисков с фрезерами). Рабочие органы канавокопателей

1 В ценах 70–80-х гг.

222

могут быть прицепными на колесном ходу или навесными и иметь ка- натно-блочное или гидравлическое управление. В практике горноразведочных работ преимущественное распространение получили плужные канавокопатели КМ-1200 и КМ-1400 с канатным управлением рабочего органа. В процессе сооружения канав канавокопатели буксируются одним трактором.

Канавокопатели могут быть применены в условиях слабохолмистой местности, при сооружении магистральных канав глубиной до 1,2 м в породах I–IV категорий, на участках с большими объемами работ.

Использование канавокопателей обеспечивает получение высокой скорости и низкой стоимости сооружения разведочных канав. В ПГО «Якутгеология» производительность канавокопателей составила в среднем 800 м3 в смену, а стоимость 1м3 – около 0,25 руб.

Сооружение канав скреперными установками может осуществляться в породах категорий I–IV, а также в разрыхленных взрывом скальных и мерзлых породах. Скреперные установки в основном применяются на объектах (участках), имеющих сильнопересеченную местность со значительной крутизной склонов, удаленных от стационарных источников электроснабжения и не доступных для работы серийной землеройной техники.

Скреперные установки могут быть стационарными или самоходными. Самоходные прицепные и навесные скреперные установки смонтированы на базе гусеничных тракторов, передвигаются собственным ходом и могут преодолевать продольные уклоны до 25°.

Передвижные канатные скреперные установки состоят из привода, опорного устройства, холостого и рабочего канатов, отклоняющей и концевой опоры и скреперного ковша. Привод установки монтируется обычно на раме арочного типа и состоит из серийно изготовляемой скреперной лебедки, дизеля или электродвигателя и пр.

В ЦНИГРИ разработаны и нашли применение канатные скреперные установки МСУ-0,1 и СУ-0,2, техническая характеристика которых приведена ниже.

Испытания МСУ-0,1М при сооружении канав в Перевальненской партии Комсомольской экспедиции ПГО «Дальгеология» показали ее более низкую производительность по сравнению с другими средствами механизации, в том числе и со скреперной установкой СУ-0,2.

При испытаниях этой установкой были пройдены четыре канавы глубиной 1,6…3,5 м, объемом 1037 м, общей протяженностью 427 м без предварительного (в породах категорий III–IV) и с предварительным рыхлением (в породах категорий VI–VIII).

223

Сооружение канав осуществлялось секциями по 15…20 м снизу вверх по склону. Установка вдоль трассы канавы передвигалась силой тяги скреперной лебедки. Скреперование осуществлялось по направлению от привода установки к концевому блоку. Максимальная производительность установки 55 м3/смену, средняя – 40 м3/смену при стоимости сооружения 1 м3 канавы 0,82 руб.

В ряде производственных геологических объединений, ведущих сооружение канав, были разработаны и успешно применялись самоходные скреперные установки. В ПГО «Севкавказгеология» разработана установка ССУ-0,4 на базе трактора ДТ-75, навесной вариант на базе бульдозера Д-535; в ПГО «Иркутскгеология», «Бурятгеология» – самоходные установки на базе трелевочных тракторов ТДТ-40 и ТДТ-75.

Эксплуатационная производительность скреперной установки при предварительном оттаскивании породы забоя (м3/ч)

Рск = 3600Vc ψ1φ2/tc.

При одновременном оттаскивании породы от забоя и погрузке ее в транспортные средства

где Vc = 0,016Nдв – вместимость скрепера, м3; Nдв – мощность электродвигателя лебедки, кВт; L – длина откатки; ψ1 – коэффициент заполне-

224

ния скрепера (для крупнокусковатой породы ψ1 = 0,7…0,8; для мелкокусковатой ψ1 = 0,9…1,1); ψ2 = 0,5…0,8 – коэффициент использования скреперной установки во времени; tc – продолжительность одного цикла скреперования, с:

tc = l/υгр + l/υпр + tп,

где l – длина скреперования, м; υгр, υпр – соответственно скорость грузового и холостого хода скрепера, м/с; υгр = 0,004Nдв + 1,02; υпр = l,38υгр; tп – время загрузки и разгрузки скрепера (по данным хронометраж ных наблюдений); Vв – вместимость вагонетки, м3; υср = 90…120 м/с – средняя скорость откатки при обмене.

Размеры элементов скреперных установок при различной мощности лебедок приведены в табл. 25.

Ширина b, высота h и длина l скрепера определяются в зависимости от его вместимости Vc по формулам:

для гребкового

Мощность привода скреперной установки

N = 102zυсрη ,

где z – тяговое усилие на барабане лебедки, кг; υcp – средняя скорость навивки каната на тяговый барабан, м/с; η – КПД лебедки.

Ориентировочно тяговое усилие

z = k (Gп – Gм) (f'cos β ± sin β ),

где k = 1,35…1,45 – коэффициент, учитывающий добавочное сопротивление; Gп – масса породы, перемещаемой скрепером, кг; Gм – масса скрепера, кг; f' = 0,68…0,8 – суммарный коэффициент трения породы, скрепера и канатов о породу; β – угол наклона пути скреперования.

Сооружение разведочных канав и траншей с использованием ВВ может быть осуществлено в любое время года на объектах с различными рельефными особенностями и климатическими условиями, в талых и мерзлых породах различной обводненности. Широкое распространение ВВ на открытых работах обусловлено невозможностью в большинстве случаев применения землеройной техники по горно-геологическим условиям или необходимостью предварительного рыхления пород.

225

Таблица 25

Примечание. В обозначении типоразмера: первое число – мощность в киловаттах; 2С, 2П, 3С – тип лебедки (цифры – число барабанов; С – соосное расположение барабанов и двигателя, П – параллельное; М – модернизированная модель; Д – с дистанционным управлением).

91

В зависимости от глубины канав, физико-механических свойств пород, рельефа местности и способа создания зарядных камер используется однослойная или многослойная схема сооружения.

При любой схеме сооружения открытых горных выработок необходимо выполнение следующих основных процессов:

1)образование зарядных камер (шпуров, скважин, лунок, котлов и др.);

2)заряжание и взрывание зарядов;

3)погрузка всей или оставшейся части разрыхленной породы после взрыва в проектном контуре канавы;

4)геологическая документация и отбор проб;

5)ликвидация выработки после выполнения геологической задачи. При многослойной схеме сооружения канав процессы повторяются

вкаждом слое, кроме геологической документации и отбора проб, которые выполняются после сооружения канав на полную глубину.

Создание зарядных камер осуществляется вручную или с использованием средств механизированного бурения.

Для ручного бурения шпуров и лунок используются ломы из круглой или граненой стали диаметром 22…25 мм и длиной 1,2; 1,5 м, а также кувалды массой от 3 до 8 кг, ключи для поворачивания и извлечения ломов, специальные ложки-чищалки и пр. Угол приострения лезвия бура от 40 до 90° в зависимости от крепости пород.

Шпуры (скважины) бурятся диаметром от 30…50 до 100 мм и более. Глубина шпуров (скважин) колеблется от 0,6…0,8 до 1…1,2 м, а иногда и более.

При механизированном бурении шпуров и скважин применяют ручные электросверла ЭР-14ДМ, ЭР-18ДМ и др. Работают они при напряжении 127 В.

Для бурения неглубоких шпуров и скважин используются ручные бурильные машины с автономным двигателем. Бурильные машины вращательного или ударно-поворотного действия работают от бензинового двигателя, составляющего с ней единое целое.

Мотобур М-1 (табл. 26) предназначен для вращательного бурения шпуров и скважин диаметром 43…92 мм на глубину до 10 м с отбором проб при поисковых и съемочных работах. Мотобур состоит из приводов двигателя «Дружба-4» с рукоятками управления, двухскоростного редуктора и шпинделя.

При работе можно использовать инструмент мотопробоотборника МП-1, мотобура КМ-10.

227

Мотоперфоратор «Смена» предназначен для бурения шпуров диаметром до 45 мм на глубину до 2 м в породах до категории XVI по буримости с пылеподавлением через муфту боковой промывки. Ударный узел мотоперфоратора с приводом от бензинового двигателя развивает энергию удара около 30 Дж при частоте ударов 46,7 с–1.

Вкачестве топлива используется смесь бензина А-72 или А-76 с мас- ломMС-30 всоотношении12 : 1 илисмасломМК-22 всоотношении15 : 1.

Мотоперфоратор можно использовать в качестве отбойного молотка.

Втруднодоступных, удаленных от источников энергии местах применяются средства бурения шпуров (скважин) с автономным приводом и перфораторы.

Практика показала, что наилучшими технико-экономическими показателями обладает мотобур М-1, с помощью которого можно бурить шпуры и скважины в породах до категории V, а также в мерзлых породах.

При проведении открытых горно-разведочных выработок находят применение мотоперфораторы МП-1 «Смена».

Техническая характеристика мотоперфоратора МП-1 «Смена» приведена ниже.

228

Вразличных отраслях строительства и горной промышленности для бурения шпуров и скважин начал применяться термический способ. Порода при этом способе разрушается в результате интенсивного воздействия на нее высокотемпературной газовой струи, обладающей сверхзвуковой скоростью.

Вэкспедициях ПГО «Севвостгеология» для бурения скважин применяли буровые станки HKP-100MA (рис. 82), которые были размещены на жесткой раме облегченного бульдозерного отвала, прикрепленного к трактору Т-100. Система крепления станков на специальной консоли, смонтированной на этом отвале, позволяла производить изменения углов наклона буровых штанг и перемещения станков вдоль поперечной оси канавы.

Врезультате этого получилась мобильная самоходная установка с двумя буровыми станками. Применение новой технологии позволило в

отдельных экспедициях объединения повысить производительность труда до 18,5 м3/чел.-смену для взрывного и 66 м3/чел.-смену для комбинированного способов. Средняя глубина канав 4,6 м.

Проведение разведочных канав с применением взрывов рыхления.

Способ сооружения является комбинированным, так как рыхление породы производится взрывами ВВ, а погрузка породы – одним из перечисленных выше способов. Он заключается в выполнении в определенной последовательности следующих основных технологических процессов: подготовка трассы предполагаемой выработки; бурение шпуров или скважин; заряжание и взрывание зарядов ВВ; транспортировка породы из проектного контура выработки (или ее секции); геологическое документирование обнаженных пород и при необходимости взятие проб; засыпка пройденной выработки (или ее секции).

Сооружение канав осуществляется по технологическим схемам.

Вкрепких и мерзлых породах рекомендуются три основные схемы комбинированного способа:

•схема БВР и БР – буровзрывные работы (БВР) для рыхления пород и бульдозерные работы (БР) для уборки разрыхленной взрывом породной массы;

•схема БВР и ЭР – буровзрывные работы для рыхления пород и экскаваторные работы (ЭР) для уборки разрыхленной взрывом породной массы;

•схема БВР и СР – буровзрывные работы для рыхления пород и скреперные работы (СР) для уборки разрыхленной взрывом породной массы.

229

230

Рис. 82. Буровой агрегат НКР-100МА: 1 – воздухораспределительный механизм; 2 – буровая штанга; 3 – шпиндель; 4 – колонка; 5 – пневмоударник; 6 – породоразрушающий инструмент

91