2.11. Проведение траншей

Под проведением (проходкой) горных выработок понимают комплекс работ по разрушению, выемке пород в контуре выработки и перемещению их за ее пределы. От скорости проходки траншей зависят продолжительность вскрытия и подготовки новых горизонтов, общая длина фронта добычных и вскрышных работ. Поэтому на карьерах стараются применять способы, обеспечивающие наибольшую скорость проходки. Для ускорения пуска в эксплуатацию карьера или очередного горизонта можно пойти даже на удорожание транспортных работ, так как выигрыш во времени, как правило, покрывает перерасход средств на проходку выработок [4]. Способы проведения траншей различают по числу проходимых слоев (на полное сечение или с разбивкой сечения по высоте на несколько слоев), виду применяемого транспорта, типу забоев (табл. 7.4).

Таблица 7.4. Способы проходки траншей (по А.И. Арсентьеву)

Характер проходки	Забой	Применяемое выемочное оборудование	Применяемые виды транспорта
Без применения транспортных средств
На полное сечение	Торцовой	Одноковшовые экскаваторы – мехлопаты; драглайны; выемочно-транспортирующие машины	–
	Боковой	Драглайны, цепные, многоковшовые экскаваторы	–
С применением транспортных средств
На полное сечение	Торцовой	Мехлопаты, роторные экскаваторы, гидромониторы	Железнодорожный, автомобильный, конвейерный, гидравлический
	Боковой	Драглайны, цепные многоковшовые экскаваторы	То же
Послойная	Торцовой	Мехлопаты	Железнодорожный, автомобильный
	Боковой	Драглайны, цепные многоковшовые экскаваторы	Железнодорожный, автомобильный, конвейерный
Взрыв на выброс	–	Одноковшовые экскаваторы для придания траншее проектного профиля	Железнодорожный, автомобильный

Бестранспортное проведение траншей драглайнами в песчаных, мягких, плотных и мелко взорванных породах применяется при возможности их размещения в постоянных или временных насыпях на одном или двух бортах траншеи.

При нижнем черпании забой драглайна по отношению к оси траншеи может быть продольным или поперечным (рис. 2.14).Выемка породы на полное поперечное сечение траншеи производится за одну или две-три экскаваторные заходки. Проведение внешних траншей (за контурами карьерного поля) может осуществляться с размещением породы на обоих бортах траншей (рис. 2.14, а; 2.15, в и г). При проведении внутренних капитальных и разрезных траншей порода, как правило, размещается на одном борту (рис. 2.14,бив; 2.15,а иб).

При выемкеоднойнормальнойзаходк ой (без изменения оси движения драглайна) максимальная глубина Н_т (м) и ширина дна траншеиb (м) определяются не только глубиной Н_ч (м) и радиусом черпания R₄ (м) драглайна, но также, высотой Я,, (м) и радиусомR_p (м)разгрузки, так как послед­ние определяют возможную высоту породной насыпи:

где С – ширина бермы между насыпью и траншеей, м(С≥3 м в зависимости от угла откоса траншеиа);х — расстояние между осью драглайна и верхней бровкой борта траншеи, м.

Для схемы с двусторонней отсыпкой (см. рис. 2.14, а)

При односторонней отсыпке для схемы с продольным забоем (см. рис. 2.14, в) х<0.

Возможные параметры траншеи определяются из равенства площадей поперечного сечения (м²) насыпиS_Ни траншеиS_TP с учетом коэффициента разрыхления породыК_Р:

(1)

При а₁= а₂= а

(2)

и

(3)

Из уравнений 1–3 определяются b и Н_т при известной величине х; при этом

Для схем с односторонней отсыпкой необходимо определить значениех (м) при известныхb и Н_т:

(4)

Ширину траншей небольшой глубины ограничивает радиус черпания драглайна. В этом случае предпочтительна схема с продольным забоем. С увеличением Н_т параметры траншеи ограничиваются возможной высотой насыпи и, следовательно, радиусом разгрузки экскаватора. Поэтому в данном случае целесообразнее использовать схему с поперечным забоем, что позволяет увеличить объем насыпи на 20-40%/

При отсыпке породы на обоих бортах траншеи максимальная ее глубина увеличивается с 10 до 30 м, а ширина — с 10 до 20 м при увеличении длины стрелы драглайна с 40 до 100 м-При односторонней отсыпке с увеличением длины стрелы драглайна с 40 до 90 м максимальные глубина и ширина траншеи возрастают соответственно с 15 до 30 м и с 13 до 20 м.

Выше задачи определения параметров траншеи и местоположения драглайна рассматривались как плоские. В действительности при работе шагающего драглайна неизбежно образование конусов но длине насыпи. Для учета пустот между конусами фактическое значение Кр увеличивается па 8—12%.

Дополнительное увеличение объема породной насыпи, а следовательно, и параметров траншеи при односторонней отсыпке достигается выемкой одной широкой заходкой (при зигзагообразном ходе экскаватора в плане) или последовательной выемкой двух-трех нормальных или узких заходок.

а

а

б

а

в

а

г

а

При выемкеширокойзаходкой(см. рис. 2.15, а) местоположение драглайна 1 определяется, как и в предыдущих схемах, расстояниемR_ч. Ширина понизуb₁ блока траншеи, вынимаемого с этой точки, ограничивается полной шириной дна траншеиb и радиусом разгрузки драглайнаR_р. Минимальная ширина дна траншеи (а следовательно, иb_{1 min}) равна полуторной ширине ковша экскаватора. Местоположение драглайна2 (промежуточное или конечное перед зигзагом) зависит отсоотношения R_ч и R_p и определяется, как и ранее, из равенства соответствующих площадей поперечного сечения траншеи и трапециевидной насыпи по формуле (4). Максимальное расстояние 1—2 равноb₁+H_T ctg a. Помимо указанных условий конечное положение драглайна перед поворотом(2 или3) должно обеспечить заброс ковша к почве забоя в продольной плоскости, т. е. по оси траншеи.

При выемкедвумя-тремязаходками(см. рис. 2.15,б) параметры отдельных заходок драглайна и положения осей его движения в плане (1,2, 3 и т. д.) определяются так же, как при схеме проведения траншеи одной широкой заходкой. Особенностями при расчете являются отсутствие учета положения драглайна в плане (рассматривается только плоская задача) и возможность увеличения угла наклона стрелы машины при переходе от первой заходки ко второй и т. д. При выемке двумя-тремя заходками площадь поперечного сечения траншеи увеличивается на 15—35 % по сравнению с площадью траншеи, проводимой одной экскаваторной заходкой.

Проводить внешние траншеи большого поперечного сечений с двусторонним расположением отвальных насыпей возможно только при выемке драглайном двух последовательных заходок (см. рис. 2.15, в) или с применением широкой заходки с размещением породы на оба борта траншеи (см. рис. 2.15,г). В первом случае выемка каждой заходки производится с односторонней отсыпкой при сдвижении оси драглайна относительно оси заходки. Поэтому параметры заходок рассчитываются аналогично предыдущей схеме. Во втором случае также применима расчетная схема для односторонней отсыпки при местоположении драглайна 1 и 2.

Схемыбестранспортногопроведенияширокихтраншейс дополнительной переэкскавациейпородыприменяются в условиях, когда общие затраты на перевалку не превышают затрат при применении транспортного способа проведения.

При работе одного драглайна (рис. 2.16) после выемки заходки 1 с перемещением в отвал lо экскаватор из положения 1 переходит в положениеIIдля перевалки породы первоначального отвала дальше от траншеи в отвалl₀^/. После него драглайн занимает положениеIIIи начинает укладывать породу из траншейной заходки2 на освободившееся место в отвал 2₀.

Часто применяют схему проведения траншей двумя (выемочным и переэкскавирующим) драглайнами (рис. 2.17). Многояруснысные отвальные насыпи возводят так, чтобы их результирующий устойчивый угол β_рсоответствовал общей высоте всех ярусов, а высота одного яруса не превышала допустимой при угле естественного откоса β.

Проведение траншей с непосредственной погрузкой горной массы в транспортные сосуды производится драглайнами с ковшами емкостью 4—10 м³. Применение более мощных драглайнов возможно лишь в сочетании со специальными погрузочными бункерами. Выемка производится сплошным забоем. Так как радиус разгрузки не лимитирует параметров траншеи, последние ограничиваются только радиусом и глубиной черпания и, естественно, увеличиваются по сравнению с параметрами траншей при бестранспортных схемах проведения.

Иногда применяют комбинированные схемы проведения траншей мехлопатами и драглайнами. Драглайн используется для переэкскавации породы, укладываемой мехлопатой на кровле уступа или временных бермах соответственно при выемке сплошным забоем или при послойном проведении.

При этом наиболее эффективными являются бестранспортные схемы, так как при их применении обеспечивается высокая скорость проведения траншей при небольших затратах. Применение их в обводненных мягких породах, а также многозабойное проведение позволяет использовать драглайны в сложных инженерно-геологических условиях.

При разработке мягких вскрышных пород в эксплуатационный период роторными экскаваторами их целесообразно применять и в строительный период для сооружения разрезных и капитальных траншей.