Технология выемки горной массы мехлопатами и драглайнами

Забой является рабочим местом экскаватора. Параметры и форма забоя зависят от параметров экскаваторов и характеристики горной массы. При выемке горной массы мехлопатами различают следующие типы забоев (рис. 4.7):

• торцовый (боковой);
• тупиковый (траншейный);
• фронтальный.

Рисунок 4.7 - Типы забоев мехлопаты:
а - тупиковый; б - торцовый; в - фронтальный

Торцовый забой обеспечивает максимальную производительность экскаватора, что объясняется небольшим средним углом поворота к разгрузке (не более 90°), удобной подачей транспортных средств под погрузку и минимальными простоями при перемещении и наращивании транспортных коммуникаций.

Тупиковый (траншейный) забой применяется при проведении траншей в основном при использовании автомобильного и конвейерного транспорта. В случае проведения траншей с использованием железнодорожного транспорта экскаватор, как правило, работает с верхней погрузкой.

При фронтальном забое средний угол поворота экскаватора составляет 120—140°. Из-за малой ширины заходки возникает необходимость более частого наращивания и перемещения транспортных коммуникаций, что значительно снижает производительность экскаваторов. Поэтому фронтальный забой применяется редко (при отработке разнородных заходок с использованием автотранспорта).

В торцевом и траншейном забоях мехлопаты могут работать по схемам, показанным на рис. 4.8 и 4.9.

Рисунок 4.8 - Схемы работы мехлопат в торцовом забое с погрузкой горной массы в средства транспорта
на горизонте установки экскаватора (а), выше горизонта установки экскаватора (б), с разгрузкой в отвал (в)

Рисунок 4.9 - Схемы работы мехлопат в траншейном забое с погрузкой горной массы в средства транспорта
на горизонте установки экскаватора (а), выше горизонта установки экскаватора (б) с разгрузкой на борт выработки (в)

Схемы разработки забоев, их формы и размеры при выемке мягких и разрыхленных взрывом пород существенно различаются.

В мягких породах профиль забоя соответствует траектории движения ковша. Вследствие этого забой имеет крутой откос (угол откоса 70—80°). Высота h_у разрабатываемого уступа по условию обеспечения безопасности не должна превышать максимальной высоты Н_Ч.max черпания экскаватора. Если это условие не соблюдается, в верхней части уступа будут создаваться нависи, которые могут при обрушении вызвать повреждение экскаватора.

Высота разрабатываемого уступа в скальных и полускальных породах не должна превышать максимальной высоты черпания экскаватора Н_Ч.max более чем в 1,5 раза. При этом высота развала при одно- и двурядном взрывании не должна превышать максимальную высоту черпания экскаватора, а при многорядном взрывании - полуторную максимальную высоту черпания. При экскавации взорванной горной массы должны приниматься дополнительные меры по предотвращению образования козырьков и нависей.

Минимальная высота уступа должна обеспечивать наполнение ковша за одно черпание. Для экскаваторов ЭКГ-5, ЭКГ-8 она находится в пределах 2,5-3,5 м.

При работе мехлопаты с верхней погрузкой в транспортные средства высота уступа ограничивается высотой и радиусом разгрузки (рис. 4.10).

Рисунок 4.10 - Схема к определению высоты уступа при работе мехлопаты
с верхней погрузкой горной массы в средства транспорта

Высота уступа h_у (м) определяется по формулам:

• по условию использования максимальной высоты разгрузки H_Pmax

4.1

где h_B - высота транспортного средства, м;
а = 0,7..1 - безопасный зазор между кузовом и ковшом в момент разгрузки, м;

• по условию полного использования радиуса разгрузки

4.2

где R_Р - радиус разгрузки при максимальной высоте разгрузки, м;
С >= 3 - минимальное расстояние от оси пути до верхней бровки уступа, м;
α - угол откоса уступа, градусы.

В устойчивых породах (α = 60..70°) высота уступа ограничивается высотой разгрузки, а в мягких неустойчивых породах - радиусом раз грузки.

Схемы работы вскрышных экскаваторов с верхней погрузкой широко применяются при проведении траншей и нарезке новых горизонтов. Верхняя погрузка позволяет повысить скорость проведения траншей и улучшить использование оборудования (особенно при работе экскаваторов в комплексе с железнодорожным транспортом). Однако при верхней погрузке производительность экскаваторов уменьшается на 20-30%, а затраты на экскавацию увеличиваются примерно в 1,5 раза. Снижение производительности объясняется увеличением продолжительности цикла при верхней погрузке, а увеличение затрат вызвано большими амортизационными отчислениями при эксплуатации мощных экскаваторов.

Максимальная ширина забоя определяется радиусом R_Ч.У черпания экскаватора на горизонте установки. При работе боковым забоем по условиям черпания ширина внутренней части забоя не должна превышать этого радиуса. Во внешней части забоя порода эффективно захватывается ковшом при угле поворота 30..40°, т.е. ширина внешней части забоя должна находиться в пределах (0,5..0,7)R_Ч.У (см. рис. 4.7). Таким образом, по условиям эффективного черпания ширина забоя в мягких породах должна составлять (1,5..1,7)R_Ч.У. Обычно ширина торцового забоя в мягких породах принимается равной 1,5RЧ.У. Ширина тупикового забоя, как правило, составляет 2R_Ч.У. Если возникает необходимость иметь более широкий тупиковый забой, экскаватор передвигается зигзагоообразно или забой разрабатывается короткими поперечными заходками. При ширине тупикового забоя менее 2R_Ч.У проверяется возможность разворота экскаватора и размещения транспортных средств в траншее.

В условиях мягких пород, разрабатываемых боковым забоем с использованием железнодорожного транспорта, рельсовые пути располагаются параллельно уступу на расстоянии (0,8..0,9)R_Рmax от оси экскаватора (см. рис. 4.8). В случае применения автомобильного транспорта возможна работа заходками шириной 50 м и более (панелями) (рис. 4.11). Автосамосвалы под погрузку могут устанавливаться сбоку от экскаватора и позади него. Погрузка на ленточные конвейеры осуществляется через бункер-питатель, располагаемый сбоку или позади экскаватора (см. рис. 4.11).

Рисунок 4.11 - Схема разработки мягких пород широкими заходками
при использовании автомобильного (а) и конвейерного (б) транспорта:
1 - экскаватор; 2 - автосамосвал; 3 - бункер-питатель; 4 - забойный ленточный конвейер

В этом случае ширина заходки

4.3

где k_р.р = 0,8..0,9 - коэффициент использования радиуса разгрузки.

В разрыхленных скальных породах профиль забоя устанавливается соответственно углу их естественного откоса. Забой имеет неодинаковую высоту по ширине развала взорванных пород. Ширина развала зависит от высоты уступа, ширины заходки по целику, взрываемости пород, параметров буровзрывных работ и схем взрывания. В практике ширина развала изменяется в пределах (1,3..5)h_у.

Рисунок 4.12 - Схема отработки развала взорванных пород одной (а) и двумя (б) заходками

Схемы выемки и погрузки скальных пород зависят от вида применяемого транспорта. При использовании железнодорожного транспорта применяются следующие схемы выемки и погрузки. В случае сотрясательного взрывания сильнотрещиноватых полускальных пород развал взорванной породы отрабатывается одной заходкой (рис. 4.12, а). Взрывные работы производятся перед укладкой железнодорожного пути или i после его укладки. Это возможно при условии, если ширина (м) развала

4.4

где С' = 2,5..3 - расстояние между нижней бровкой развала и осью пути, м.

При взрывании среднетрещиноватых полускальных и реже скальных пород развал отрабатывается двумя заходками (см. рис. 4.12, б). После отработки первой заходки путь переносится на новую трассу и отрабатывается вторая заходка, затем взрывается новый блок. При этом ширина развала

4.5

где А - шаг переукладки пути, м.

В условиях многорядного взрывания скальных пород ширина развала составляет 50-70 м. Развал в этом случае отрабатывается несколькими заходками. Пути перед взрывом убираются за пределы предполагаемого развала или вывозятся за пределы взрываемого блока.

При автомобильном транспорте отработка развала взорванной породы может осуществляться узкими заходками шириной А_Н = (0,5..1)R_Ч.У, нормальными заходками шириной А_Н = (1,5..1,7)R_Ч.У, широкими заходками (панелями).

В случае использования конвейерного транспорта погрузка взорванной массы осуществляется через бункера-питатели, оборудованные колосниковыми грохотами. При значительной крупности горной массы используются передвижные дробильные агрегаты. Для уменьшения числа передвижек забойных конвейеров применяются конвейерные перегружатели.

Драглайн может разрабатывать породы торцовым и тупиковым забоями (рис. 4.13). При этом он может располагаться на кровле уступа, промежуточной площадке и почве уступа.

В случае расположения драглайна на кровле уступа горная масса разгружается в отвал или в транспортные средства. Забой драглайна имеет криволинейный профиль, соответствующий траектории движения ковша. Возможная высота забоя определяется паспортной глубиной черпания, углом откоса забоя и местом установки драглайна.

Рисунок 4.13 - Схемы работы драглайна:
а, б, в - торцовым забоем с расположением драглайна соответственно на кровле уступа,
промежуточной площадке и почве уступа; г - тупиковым забоем с расположением драглайна на кровле уступа

Максимальная ширина A_max(м) заходки

4.6

где ω₁ = 30..45, ω₂ = 30..45 - угол поворота драглайна от оси его хода соответственно в сторону массива и выработанного пространства (рис. 4.14), градусы.

Рисунок 4.14 - Схема к определению ширины заходки драглайна

Обычно при работе в отвал ω₁ = 0. Тогда общий угол поворота драглайна при черпании ω₁ = ω₂ = 30..45°. Угол поворота драглайна для разгрузки не превышает 90°. Тогда ширина (м) заходки

4.7

Для драглайнов ЭШ-4/45, ЭШ-8/60, ЭШ-15/90, ЭШ-90/100 ширина заходки равна соответственно 23, 29, 42, 47 м.

Схема с расположением драглайна на промежуточной площадке применяется при использовании мощных драглайнов с ковшом вместим-сотью 8 -10 м и более с целью одновременной отработки более высокого уступа, так как ось хода драглайна смещается ближе к отвалу. Угол откоса забоя при разработке верхнего подуступа для предотвращения скольжения ковша не должен превышать 25°.

Высота верхнего подуступа должна удовлетворять условию

4.8

Производительность драглайна при верхнем черпании, как правило, на 10-15% ниже, чем при нижнем черпании.

На почве разрабатываемого уступа драглайн располагают редко (в основном при разработке неустойчивых пород).

Драглайны составляют около 15% парка одноковшовых экскаваторов в стране. Ими выполняется около 15% объемов горных и земляных работ. На карьерах они в основном применяются для перевалки породы в выработанное пространство.