Перевалка пород одноковшовыми экскаваторами

Технологические схемы с перевалкой вскрыши в выработанное пространство мощными драглайнами и вскрышными мехлопатами наиболее экономичны.

Возможна непосредственная укладка пород вскрышным экскаватором на свободной площади выработанного пространства, за исключением полосы для размещения транспортных коммуникаций и водоотводных канав (рис. 9.2). Для достижения равномерного подвигания фронта работ ширина породной заходки А_в (м) равна или кратна ширине добычной А_д (м), что обусловливает жесткую взаимосвязь между вскрышным и добычным оборудованием. При взрывном разрушении пород приведенное соотношение поддерживают между буровыми заходками, то есть ширина породной буровой заходки равна ширине добычной буровой заходки или экскаваторной заходке, если там не ведутся буровзрывные работы.

Вскрышную мехлопату устанавливают на кровле полезного ископаемого и ведут выемку вскрыши одним уступом. Драглайны более универсальны. Их можно размещать на поверхности, на кровле добычного yступa или на промежуточном горизонте. В последнем случае достигают наилучшего использования рабочих параметров экскаваторов.

В основу расчетов элементов системы разработки или рабочих параметров вскрышного оборудования, как и при бестранспортной проходке траншей, положено равенство объемов породы во вскрышной н отвальной заходках.

В качестве примера рассмотрим технологическую схему с размещением драглайна на промежуточном горизонте (рис.9.2). При расчете ее параметров предварительно выбирают тип добычного экскаватора и вычисляют ширину его заходки А_д (м).

Объем породы с 1 м длины вскрышной заходки (м³):

V_в = А_в ·Н·К_р, (9.1)

где А_в – ширина вскрышной заходки, м; Н – общая мощность вскрыши, м; К_р – коэффициент разрыхления породы в отвале.

Емкость отвала на 1 м длины его фронта (м³):

, (9.2)

здесь А_о – ширина отвальной заходки, м; Н_о – высота отвала, м; β_о – угол откоса отвала, град.

Так как V_в =V_о и А_в = А_о = А.

H·К_р = H_o·0,25·A·tg β_о. (9.3)

Ширину заходки А принимают равной или кратной А_д. Необходимая высота разгрузки драглайна (м):

H_р ≥ H_о – h – H_н, (9.4)

где H_н – высота нижнего подуступа, м; h – мощность пласта полезного ископаемого, м.

Необходимый радиус разгрузки драглайна (м)

R_р ≥ l+ H_н·сtg β + d + h·сtg α + а + H_о·сtg β_о, (9.5)

здесь l – расстояние от оси вращения драглайна до верхней бровки вскрышного уступа, м; β – угол откоса вскрышного уступа, град; d – ширина площадки на кровле добычного уступа, м; а– расстояние между нижними бровками добычного уступа и отвала, м; α – угол откоса добычного уступа, град.

Значение l (м) может быть определено из выражения

l = 0,5·Ш_х + δ_п, (9.6)

здесь Ш_х – ширина хода экскаватора, м; δ_п – ширина возможной призмы обрушения, м.

Для экскаватора ЭШ-10/70 l принимают в пределах 10–13 м; ЭШ-15/90 – 13–15 м; ЭШ-25/100 – 17–19 м: ЭШ-40/85 – 15–18 м; ЭШ-100/100 – 21–23 м [32].

Ширину полосы а (м) на почве пласта полезного ископаемого устанавливают в зависимости от вида применяемого транспорта:

а =с₁ + Т + с₂, (9.7)

где с₁= 1,5–2.5 – безопасное расстояние от нижней бровки добычного уступа до транспортной полосы, м; Т – ширина транспортной полосы, м; с₂ = 1,5–2,0 – расстояние от кромки транспортной полосы до нижней бровки отвала, м.

Если транспортные коммуникации располагают на кровле добычного уступа, то а = 3 м. В случае производства взрывных работ по полезному ископаемому полоса с₁ должна обеспечить размещение развала взорванной горной массы. При взрывании на сотрясение с₁= 0,5·h, а при взрывании на разрушение

с₁= (1,5÷2,5)·h – W, (9.8)

здесь W – линия сопротивления по подошве, м.

Ширина площадки d (м) зависит oт места расположения транспортных коммуникаций. При нижней погрузке полезного ископаемого она равна ширине возможной призмы обрушения, а при верхней

d = с₁ +T+ δ_п, (9.9)

Как уже указывалось ранее (см. п. 4.4),

Н_н = (0,5÷0,6)·Н_ч.max; (9.10)

Н_в = (0,6÷0,7)·Н_р.max. (9.11)

Решив совместно выражения (9.3) – (9.11), можно определить необходимые рабочие параметры драглайна и выбрать его модель, или рассчитать максимальную мощность вскрыши, отрабатываемую по этой схеме конкретным экскаватором.

При использовании других технологических схем можно воспользоваться рекомендациями акад. Н.В. Мельникова [25].

Следует иметь в виду, что годовой объем вскрыши А_в (м³) зависит от годового объема добычных работ:

, (9.12)

здесь А_р – годовая производительность карьера по полезному ископаемому, т.

При большой мощности вскрыши и пласта полезного ископаемого рабочие размеры даже самых крупных экскаваторов могут быть недостаточными для непосредственной укладки породы в выработанное пространство. Поэтому при отсыпке первичного отвала неизбежно заваливают откос или площадку добычного уступа, что обусловливает неизбежность переэкскавации породы вторым драглайном (рис. 9.3), реже – основной машиной, располагаемой в этом случае на предотвале. Объем переэкскавируемой породы V_пер (м³) находят аналитическим [18] или графическим методами, исходя из необходимости освобождения от породы полосы а.

Коэффициент переэкскавации

K_пер = V_пер/V_в, (9.13)

а годовой объем переэкскавируемой породы А_пер (м³), по величине которого выбирают вместимость ковша отвального драглайна

А_пер = А_в ·K_пер. (9.14)

По правилам безопасности расстояние между смежными экскаваторами (L₁ и L₂ на рис. 9.3) должно быть не менее двух радиусов их черпания с учетом заброса ковша. Обычно K_пер не превышает единицы, однако при многократных перевалках могут стать эффективнее транспортные технологические схемы. Экономически целесообразное значение коэффициента переэкскавации находят по формуле

, (9.15)

где С_т– затраты на транспортирование. 1 м³ породы в отвалы, руб.; С_о – себестоимость непосредственной перевалки 1 м³ вскрыши, руб.; С_пер – себестоимость переэкскавации 1 м³ вскрыши, руб.

Вопросы организации вскрышных и добычных работ, обоснования их числа и расположения вскрывающих выработок, расчет объемов горно-капитальных работ приведены в литературе [29, 32].