Технологическая оценка основных видов выемочного оборудования

Выемка и погрузка, как правило, производится одной машиной или одним комплексом машин. В практике открытых горных работ используют различные виды выемочного оборудования с широким диапазоном технологических качеств.

Удельный вес затрат на выемочно-погрузочные работы в общих затратах на открытую разработку составляет 15—40%.

Карьерные выемочные машины по принципу действия разделяются на оборудование цикличного и непрерывного действия, а по функциональному признаку – на выемочно-погрузочные и выемочно-транспортирующие машины.

К выемочно-погрузочным машинам относятся все экскаваторы, а к выемочно-транспортирующим – скреперы и бульдозеры. Одноковшевые погрузчики в зависимости от выполняемых функций относятся к выемочно-погрузочным или выемочно-транспортирующим машинам.

К оборудованию цикличного действия относятся одноковшовые экскаваторы (лопаты, драглайны) и выемочно-транспортирующие машины, а к оборудованию непрерывного действия – многоковшевые экскаваторы (роторные, цепные) различного рода гребковые машины и др. (табл. 14.2).

Техническая возможность и эффективность использования того или иного вида выемочного оборудования определяются, в первую очередь, экскавируемостью пород, а также типом разрабатываемых месторождений, способом выемки (валовой или раздельной), механизацией смежных процессов (подготовка пород к выемке и транспортирование), климатическими условиями и другими факторами.

Колесные скреперы экономичны при выемке мягких и механически разрыхляемых плотных и полускальных пород (Пэ < 3) при дальности транспортирования до 2 – 3 км. В настоящее время они применяются при разработке строительных горных пород и россыпей, а также на вспомогательных работах. Большегрузные скреперы могут успешно применяться на вскрышных работах и в мощных карьерах, особенно в период строительства. Недостатки скреперов: сезонность выемки мягких пород, сравнительно небольшой срок службы, резкое снижение производительности с увеличением длины транспортирования, кусковатости (более 40 см) и обводненности (более 10—15%) экскавируемых пород.

Бульдозеры, характеризующиеся мобильностью, маневренностью, высокой проходимостью и простотой конструкции, широко используются на вспомогательных работах. В качестве выемочных машин применяют при разработке россыпей, строительных горных пород и сложноструктурных залежей. Эффективность бульдозерной выемки ограничивается экскавируемостью пород (Пэ> 5 при мощности бульдозера до 180 кВт) и расстоянии перемещения 100—200 м.

Таблица 14.2 Максимальные показатели применяемого выемочно-погрузочного оборудования

Одноковшовые погрузчики имеют высокую мобильность, небольшие размеры, меньшую металлоемкость на 1 м³ емкости ковша и в 1.5 – 2 раза меньшую стоимость по сравнению с экскаваторами той же производительности. Погрузчики с грузоподъемностью ковша до 40 т эффективны при выемке мягких и разрушенных пород (Пэ 5) и их перемещении на расстояние до 80 – 700 м на карьерах производственной мощностью 1 -5 млн. т/год.

Прямые механические лопаты верхнего черпания характеризуются высоким усилием копания (до 0.3-0.5 МПа), большим числом типоразмеров (емкость ковша Е = 0.25 – 100 м³ и более) и прочностью рабочего оборудования. Это обуславливает возможность эффективного применения их для выемки мягких, плотных и разрушенных пород (Пэ 8) с последующей погрузкой в транспортные средства в различных горных, климатических и гидрогеологических условиях. В стопорном режиме прямыми лопатами можно вести выемку пород практически любой экскавируемоcти. Основной недостаток мехлопат – прерывистость (цикличность) рабочего процесса: на собственно экскавацию (черпание) затрачивается лишь 20 – 30% общего времени цикла. Увеличение же мощности экскаватора ведет к резкому росту его массы. Этот недостаток менее характерен для лопат с гидравлическим приводом, созданных в настоящее время.

Драглайны благодаря гибкой подвеске рабочего органа обеспечивают большую дальность перемещения породы. Это выемки и перевалки мягких и разрушенных пород (Пэ 6) в выработанное пространство, возведение насыпей, проведение траншей. Нижнее черпание позволяет разрабатывать драглайнами обводненные породы и подводные участки. Широко применяются драглайны для вторичной перевалки пород на отвалах, а также на вспомогательных работах (зачистка, проведение канав и др.). Поскольку напорное усилие у драглайнов отсутствует, эффективность выемки разрушенных пород (по кусковатости и связности) зависит от массы и емкости их ковшей. При увеличении емкости с 6 до 15 м³ область применения драглайнов по экскавируемости пород расширяется с Пэ = 4 до Пэ =6.

Цепные многоковшовые экскаваторы используют для выемки мягких и плотных пород (Пэ< 3). Вследствии этого выемка сезонная даже в районах с мягким климатом. Достоинства: высокая удельная производительность на 1 т массы экскаватора (на 20 – 30% выше, чем у одноковшовых), большая высота уступа, непрерывность и безударность загрузки транспортных средств, что позволяет снизить коэффициент тары вагонов, а также широко применять высокопроизводительные ленточные конвейеры. Недостатки: использование рабочего органа для перемещения породы по забою до пункта разгрузки, что обуславливает большой износ направляющих устройств и ковшей цепи, увеличивает энергоемкость процесса и снижает развиваемое усилие копания.

У роторных экскаваторов разделение функции выемки и транспортирования породы снижает по сравнению с цепными массу экскаватора на единицу производительности, позволяет увеличить усилие копания до 1.0 – 2.1 МПа и уменьшить расход электроэнергии. Повышение усилия копания и широкий диапазон регулирования толщины стружки позволяют экскавировать плотные и слабые мерзлые породы (Пэ < 10). Эффективно осуществляется роторными экскаваторами раздельная выемка. Недостатки: сезонность работы при нормальных усилиях копания, большие динамические колебания роторной стрелы у крупных моделей, затрудненность борьбы с налипанием на рабочий орган и конвейерные ленты экскавируемых влажных и вязких глин.