Тема: Выемочно-погрузочное оборудование и технологические схемы выемки и погрузки. Разрушение и выемка пород резанием, сколом. Область применения.

I. Непосредственная разработка горных пород в карьере, представляющая собой выемку и погрузку в средства транспорта или выемку и перемещение рабочим органом машины в отвал носит название выемочно-погрузочных работ или экскавации горной массы.

Для механизации этого процесса используются разнообразные виды машин, карьерных и универсальных, с различными технологическими и эксплуатационными качествами, применение которых строго определяется конкретными горно-технологическими и природными условиями.

Для разработки мягких вскрышных работ в умеренных климатических условиях при высокой производительности карьера эффективно применение роторных многоковшевых экскаваторов и драглайнов.

Для разработки скальных и полускальных горных пород с предварительным рыхлением в любых климатических условиях применяются механические и гидравлические лопаты, в умеренных климатических условиях – погрузчики и драглайны с большой емкостью ковша.

Все виды машин по принципу действия разделяются на машины непрерывного действия (многоковшовые роторные и цепные экскаваторы, бурошнековые установки и др.) и циклического действия (одноковшовые механические лопаты, драглайны, колесные и гусеничные погрузчики, скреперы и бульдозеры).

По отношению к средствам транспорта машины могут быть разделены на:

- выемочно-погрузочные, которые предназначены для выемки и погрузки горной массы в средства транспорта в забое (мех. лопаты, роторные и многоковшовые экскаваторы, бурошнековые установки и т.д.);

- экскавационные, предназначенные для разработки забоя, перемещения горной массы в ковше на фиксированное конструкцией машины расстояние и разгрузки в отвал (драглайны);

- выемочно-транспортирующие, предназначенные для выемки горной массы и транспортирования ее на экономически целесообразное расстояние (колесные погрузчики, скреперы, бульдозеры).

Экскавационые машины являются определяющими в комплекте горных и транспортных машин технологического потока. Их производительность зависит от подготовки горных пород к выемке и транспортного обслуживания.

Подготовка легких и плотных пород заключается в механическом рыхлении, полускальных и скальных – в разрушении массива с применением БВР для получения горной массы необходимого по крупности состава. Транспортное обслуживание предусматривает сооружение транспортных коммуникаций и ритмичную подачу транспортных средств для перемещения экскавируемой горной массы.

II. Одноковшовые карьерные экскаваторы используются на карьерах как основное вскрышное, добычное и отвальное оборудование. Экскаваторы с ковшом вместимостью более 4 м³ относятся к карьерным. Для них приняты следующие обозначения:

- ЭКГ – экскаватор карьерный гусеничный. Цифры, стоящие после типа экскаватора, обозначают емкость ковша в м³: 5; 8; 10; 12,5; 15 и т.д. Прямая механическая карьерная лопата используется на выемке и погрузке всех типов пород.

- Драглайн типа ЭШ 20/20 – экскаватор шагающий. 20 м³ – емкость ковша и 20 м – длина стрелы. Применяется, в основном, на горизонтальном и пологом залегании полезного ископаемого для экскавации любых типов пород, проходки траншей, работы на отвалах, погрузки в транспортные средства, как с нижним, так и с верхним черпанием.

- ЭГ – экскаватор (карьерный) гидравлический – прямая лопата. Цифры после ЭГ обозначают емкость ковша.

- ЭГО – экскаватор гидравлический с обратной лопатой. Применяется при черпании ниже уровня стояния и погрузке в транспорт, расположенный как на нижележащем уступе, так и на уровне стояния экскаватора. Буквы АИМСУ, добавленные к названию, обозначают модификацию экскаваторов.

- УС – экскаватор с удлиненным рабочим оборудованием для погрузки транспорта на уровне стояния; У – экскаватор с удлиненным рабочим оборудованием для верхней погрузки. (См. табл.8.1. и т.д. на стр. 232).

Параметры механических лопат и технология выемки и погрузки.

Основными технологическими параметрами механических лопат являются:

- радиус черпания R_ч – горизонтальное расстояние от оси вращения экскаватора до режущей коронки ковша;

- максимальный радиус черпания R_{ч max} соответствует максимально выдвинутой рукояти;

- минимальный радиус черпания R_{ч min} соответствует подтянутой к гусеницам рукояти на горизонте установки экскаватора;

- радиус черпания на горизонте установки экскаватора R_чу – максимальный радиус черпания на уровне установки экскаватора;

- высота черпания H_ч – вертикальное расстояние от горизонта установки экскаватора до режущей коронки ковша;

- максимальная высота черпания H_{ч max} соответствует максимально поднятой рукояти;

- глубина черпания L_ч – расстояние от горизонта установки экскаватора до режущей коронки зубьев ковша при нижнем черпании;

- радиус разгрузки R_р горизонтальное расстояние от оси вращения экскаватора до середины ковша в момент разгрузки;

- максимальный радиус разгрузки R_{р max};

- высота разгрузки H_р – вертикальное расстояние от горизонта установки экскаватора до нижней кромки днища ковша;

- максимальная высота разгрузки H_{р max} соответствует максимально поднятому ковшу.

Рабочие параметры экскаватора определяют параметры забоя и технологическую схему его работы. При установлении ширины забоя мех. лопаты определяющим является радиус черпания на уровне стояния. Максимальная производительность экскаватора достигается при минимуме передвижек в забое и возможно меньшем среднем угле поворота экскаватора от места черпания до места погрузки. Ширина торцевого забоя обеспечивается при 1,5 R_чу. Ширина заходки экскаватора в породах без БВР соответствует ширине забоя. В крепких породах с применением БВР ширина заходки В по центру определяется параметрами БВР. При разработке горных пород вскрышными мех. лопатами с перевалкой в выработанное пространство ширина заходки определяется емкостью внутренних отвалов. Максимальная ширина заходки составляет 1,7 R_чу. Высота уступа h (м) при верхней погрузке мех. лопатой с удлиненным рабочим оборудованием устанавливается из условия высоты транспортного средства h_т и необходимого зазора с между ним и ковшом:

h ≤ H_{р max} – (h_т +с).

При разработке забоя с погрузкой горной массы в ж/д транспорт ось пути располагают на расстоянии 0,8 R_{р max} от оси экскаватора. При использовании автомобильного транспорта самосвалы могут располагаться сбоку (рис. 40 а), б), стр. 110) или позади (рис. 40 в), г), стр. 110) экскаватора в зоне разгрузки ковша с минимальным углом разворота от места черпания. По условию безопасности ковш не должен перемещаться над кабиной водителя.

Параметры драглайна и технология разгрузки забоев

Основными технологическими параметрами драглайна являются: емкость ковша, габариты, масса, удельное давление на грунт, преодолеваемый уклон.

А также рабочие параметры:

- высота H_ч и глубина L_ч черпания;

- радиус черпания R_ч;

- радиус разгрузки R_р;

- высота разгрузки H_р.

В основном, драглайны на карьерах используют для производства вскрышных работ с перевалкой вскрыши в выработанное пространство и проведения траншей при строительстве карьера. В первом случае, экскаватор работает в торцевом забое, во втором – в тупиковом с расположением вскрыши на одном или двух бортах траншеи. Драглайны применяются также и для погрузки в автотранспорт. (Привести пример!!!)

Наибольшая производительность драглайна в торцевом забое с нижним черпанием при минимальном угле поворота от места черпания к месту разгрузки (рис. 33 стр. 97). Высота уступа h устанавливается по глубине черпания с учетом расположения драглайна на его кровле за пределами призмы обрушения. Ширина заходки В (м) определяется радиусом черпания с учетом угла разворота драглайна (φ₁ и φ₂) от оси перемещения не более 45°.

В=R(sin φ₁+ sin φ₂).

Параметры гидравлических экскаваторов.

а). Прямая лопата:

- максимальный радиус черпания R_{ч max};

- минимальный радиус черпания R_{ч min};

- максимальная высота черпания H_{ч max};

- глубина черпания L_ч;

- радиус разгрузки R_р;

- высота разгрузки H_р;

- максимальная высота разгрузки H_{р max}.

б). Обратная лопата:

- радиус черпания на уровне стояния R_чу;

- максимальная высота черпания H_{ч max};

- глубина черпания L_ч;

- радиус разгрузки R_р;

- высота разгрузки H_р;

- максимальная высота разгрузки H_{р max}.

(Рис. 37 стр.106).

Лекция 7

Тема: Технологические параметры многочерпаковых и роторных экскаваторов. Технология выемки пород и параметры забоев многочерпаковых экскаваторов. Экскаваторы с ковшом активного действия, ШБМ.

Первый роторный экскаватор был построен в Германии в 1916 году.

Роторные экскаваторы являются самыми производительными машинами. Их производительность достигает 19000 м³/час по разрыхленной горной массе, высота отрабатываемых уступов от 6 до 55 м и масса от 50 до 13000 т.

В отечественной практике принята следующая градация карьерных роторных экскаваторов по их номинальной теоретической производительности (м³/час):

- Малые, до 630;

- Средние, 630 – 2500;

- Большие, 2500 – 5000;

- Мощные, 5000 – 10000;

- Сверхмощные, свыше 10000.

Рабочий орган экскаватора представляет собой стрелу с роторным колесом ø от 2,5 до 22 м, с ковшами емкостью до 8 м³ с жестким и гибким днищем. Жесткое днище может быть сплошным и перфорированным. Гибкое днище изготавливается из цепей или, своего рода, кольчуги для предотвращения налипания на него породы.

Принцип работы заключается в снятии стружки ковшами роторного колеса при его вращении и перемещении в вертикальной и горизонтальной плоскостях. При докритической скорости вращения роторного колеса (до 5 м/сек) порода, при достижении ковшом верхнего сектора, под действием собственного веса скатывается на конвейер стрелы, расположенной сбоку роторного колеса, а с него, через перегрузочное устройство, на конвейер погрузочной консоли. При сверхкритической скорости вращения роторного колеса, когда центробежные силы затрудняют гравитационную разгрузку ковшей, конструкцией колеса предусматривается принудительная разгрузка.

Экскаваторы больших моделей для уменьшения потери времени на передвижку в забое имеют выдвижную стрелу, которая обеспечивает отработку забоя на 20-30 м с одного положения. Экскаваторы с жестко закрепленной стрелой после отработки забоя на величину радиуса колеса, обеспечивающего эффективное наполнение ковшей при экскавации, должны перемещаться на это расстояние к забою для проведения следующего цикла.

Роторные экскаваторы имеют различные конструкции гусеничного хода от 2-х до 4х опорной системой (в зависимости от массы экскаватора).

По конструкции разгрузочного устройства различают три основных типа роторных экскаваторов:

1. С разгрузочной консолью, расположенной на поворотной платформе экскаватора и имеющей ось поворота, совпадающую с осью поворота верхней части экскаватора;

2. С разгрузочной консолью, расположенной на нижней раме экскаватора;

3. С отдельно расположенным разгрузочным устройством, связанным с экскаватором телескопическим соединительным мостом.

Параметры роторных экскаваторов и технология разработки забоя зависят от горнотехнических условий карьера, вида транспорта в комплексе и его конструктивных параметров.

Основными технологическими параметрами роторных экскаваторов являются:

- максимальный радиус черпания R_{ч max};

- минимальный радиус черпания R_{ч min};

- радиус разгрузки R_р;

- максимальная высота разгрузки H_{р max}.

- минимальная высота разгрузки H_{р min}.

- величина выдвижения стрелы l;

- глубина черпания L_ч;

- диаметр роторного колеса D.

Высота отрабатываемых подуступов выше и ниже уровня стояния экскаватора определяется конструкционными возможностями экскаватора. Они ограничиваются максимально допустимым углом наклона стрелы: при верхнем черпании 27°; при нижнем – 18°. Максимальная высота верхнего черпания роторного экскаватора до 55 м, нижнего – 25 м.

Разработка горных пород многоковшовыми цепными экскаваторами.

Другим видом машин непрерывного действия является многоковшовый цепной экскаватор. Его рабочий орган представляет собой жесткую или шарнирно-сочлененную раму, поддерживаемую на канатах стрелы.

Принцип работы рабочего органа заключается в том, что при перемещении по поверхности уступа каждым ковшом срезается стружка, заполняя его. При огибании верхнего барабана порода из ковша разгружается в бункер, а оттуда поступает в вагоны или на конвейер.

Многоковшовые экскаваторы выпускаются с нижним, верхним или с верхним и нижним черпанием. Эти экскаваторы применяются для производства вскрышных и добычных работ при разработке мягких горных пород. Наиболее благоприятная область их применения – разработка песчано-глинистых пород, а также бурых углей с удельным сопротивлением копанию до 0,6-07 Мпа. Цепные экскаваторы, применяемые на горно-добывающих предприятиях, имеют теоретическую производительность от 400 до 6000 м³/час и массу от 200 до 5000 т.

Основные технологические параметры цепных экскаваторов:

- глубина черпания L_ч;

- высота черпания H_ч;

- длина разгрузочной консоли l.

Нижнее черпание применяют для разработки пород вскрыши и полезных ископаемых. Верхнее черпание применяется для вскрышных работ в сочетании с ж/д транспортом, транспортно-отвальным мостом.

Характерная особенность конструкций цепных экскаваторов – тип ходового оборудования (рельсовый или гусеничный), который определяет и способ отработки забоя: фронтальный – при рельсовом ходовом оборудовании и блочный – при гусеничном.

Многоковшовый рабочий орган имеют драги, предназначенные для разработки россыпных месторождений. Находясь на плаву, драга производит разработку забоя под водой.

Выемка для ШБМ.

Для выемки угля из маломощных пластов применяются бурошнековые установки. Шнекобуровая выемка заключается в выбуривании угля параллельными скважинами большого диаметра (500-1000 мм и более).

Рабочий орган ШБУ – секционный шнек. Первая секция оснащена направляющим забурником с буровой коронкой, максимальный диаметр которой составляет 2130 мм. Диаметр коронки должен быть на 15-20 см меньше мощности выбуриваемого пласта. Последняя секция шнека закрепляется в шпинделе. ШБМ бывают многошпиндельные (до 5 шт.). Подача на забой – гидравлическая, угол наклона шнеков регулируется домкратом.

Глубина скважин ограничивается прочностью бурового става и составляет 60-70 м (зарубежные гораздо больше).

В процессе бурения производится наращивание бурового става шнеками. Средняя скорость бурения 1,5-2 м/мин. ШБМ устанавливают в разрезной траншее перпендикулярно борту. Для предотвращения обрушения вмещающих пород оставляют предохранительные межскважинные целики. В результате оставления целиков потери угля составляют до 50 %. Потери сокращаются при выемке многошпиндельными установками.

Лекция 8