2.8 Экскавация горной массы

Выемка разрыхленной горной массы и погрузка ее в средства транспорта осуществляется, в большинстве случаев, карьерными экскаваторами.

2.8.1. Выбор типа экскаваторов

Выемочно-погрузочные работы заключаются в выемке горной массы из забоя и погрузке ее в средства транспорта или перемещении в отвал. В качестве выемочно-погрузочного оборудования на карьерах используются экскавационные машины цикличного и непрерывного действия. В машинах цикличного действия (одноковшовые экскаваторы, погрузчики, колесные скреперы, бульдозеры и др.) рабочий орган состоит только из одного ковша или режущего элемента (лемех бульдозера), периодически выполняющего функции выемки и перемещения горной массы. В машинах непрерывного действия (многоковшовые цепные и роторные экскаваторы и др.) ковши (черпаки) перемещаются по замкнутой траектории и создают непрерывный поток груза.

Техническая возможность и целесообразность использования на карьерах различного выемочно-погрузочного оборудования зависит от крепости пород, условий залегания полезного ископаемого, требуемой производительности одной машины и карьера в целом, вида механизации смежных процессов (подготовка пород к выемке и транспортирование горной массы), климатических условий, способа выемки (валовой или селективной) и от других факторов.

Классификация экскаваторов и их технологическая характеристика.

Для выемочно-погрузочных работ на карьерах наибольшее применение получили экскаваторы. Черпание горной массы, ее перемещение к месту разгрузки, разгрузка и поворот к месту очередного черпания осуществляется одноковшовым экскаватором последовательно. В совокупности эти операции составляют рабочий цикл экскаватора.

Одноковшовые экскаваторы состоят из рабочего, механического, ходового и силового оборудования, рамы, кузова и механизмов управления.

По признаку конструктивной связи ковша со стрелой различают одноковшовые экскаваторы с жесткой связью (прямая мехлопата, обратная мехлопата, гидравлический экскаватор) и одноковшовые экскаваторы с гибкой связью (драглайн, грейфер).

По типу ходового оборудования одноковшовые экскаваторы разделяются на гусеничные, пневмоколесные, шагающие, плавучие.

В зависимости от силового оборудования одноковшовые экскаваторы бывают электрические, дизель-электрические и дизель-гидравлические. На карьерах в основном применяются электрические экскаваторы.

Прямые мехлопаты, благодаря жесткой связи стрелы с ковшом, развивают большие усилия черпания (до 3500 Н/см) и характеризуются большой прочностью рабочего оборудования. Они выпускаются различных типоразмеров с ковшом вместимостью 0,25-35 м³ (и более) и применяются при разработке мягких и разрыхленных полускальных и скальных пород. По объемам выполняемых работ на карьерах прямые мехлопаты занимают доминирующее положение. Применяются они как при погрузке пород в транспортные средства, так и при перевалке пород в выработанное пространство. Основной недостаток мехлопат – прерывность (цикличность) рабочего процесса. На экскавацию (черпание) затрачивается только 20-30% времени цикла.

В зависимости от назначения и конструктивных особенностей одноковшовые экскаваторы разделяются на пять типов: экскаваторы строительные гусеничные и пневмоколесные с ковшом вместимостью 0,16-2,5 м³ (тип ЭС), экскаваторы карьерно-строительные гусеничные с ковшом вместимостью 1,25-8 м³ (тип ЭКСГ), экскаваторы карьерные гусеничные с ковшом вместимостью 2-20 м³ (тип ЭКГ), экскаваторы вскрышные гусеничные с ковшом вместимостью 4-100 м³ (тип ЭВГ) и шагающие драглайны с ковшом вместимостью 4-12 м³ (тип ЭШ).

Строительные экскаваторы характеризуются универсальностью оборудования и большой маневренностью. Используются преимущественно на земляных работах в строительстве. На открытых разработках строительные экскаваторы применяются на небольших карьерах по добыче глины, песка, гравия и других строительных горных пород (производительность до 2 млн м³ горной массы в год). На крупных карьерах их иногда используют для раздельной выемки полезного ископаемого и вскрышных пород или полезного ископаемого различных сортов, а также для вспомогательных работ.

Экскаваторы карьерно-строительного типа являются промежуточными между строительными и карьерными. Они в основном найдут применение при выполнении больших объемов земляных работ в строительстве.

Карьерные экскаваторы являются основным одноковшовым погрузочным оборудованием на открытых разработках. Они имеют рабочее оборудование прямой мехлопаты с ковшом вместимостью 2-20 м³, гусеничный ход, многомоторный электрический привод. Карьерные экскаваторы изготовляются из высокопрочных материалов, обеспечивающих их надежную работу в любых климатических условиях при разработке тяжелых скальных пород.

У вскрышных экскаваторов стрела и рукоять имеют увеличенную длину. Они предназначены в основном для перемещения породы в отвал. Экскаваторы с ковшом вместимостью до 15 м³ применяются для погрузки горной массы в транспортные средства, расположенные выше горизонта установки экскаватора.

Шагающие драглайны в нашей стране выпускаются с ковшом вместимостью 4-100 м³ и стрелой длиной до 125 м. Они предназначены для разработки забоев, расположенных как ниже, так и выше горизонта установки экскаватора и для перевалки породы в выработанное пространство. Шагающий ход обеспечивает перемещение драглайна по насыпной породе. Давление драглайна на основание при работе около 0,1 МПа, а при шагани около 0,2 МПа.

Основными технологическими параметрами одноковшовых экскаваторов являются рабочие параметры (радиус и высота черпания и разгрузки, зависящие от длины рукояти и стрелы, угла наклона стрелы и размеров экскаватора), вместимость ковша, габариты, масса, преодолеваемый уклон, давление на основание.