РАБОТА 11 Конструкция рабочего и нерабочего борта карьера

 

Для скальных пород ширина заходки устанавливается совместно с вы­сотой уступа. В этом случае ширину заходки рекомендуется принимать с уче­том параметров развала взорванных пород, который необходимо отрабаты­вать за один или несколько проходов экскаватора, т.е. она должна быть крат­ной IR^ (R,y- радиус черпания экскаватора на уровне стояния). Последнее обстоятельство связано с тем, что ширина забоя в скальных хорошо взорван­ных породах может быть несколько большей, чем в мягких породах, т.к. экс­каватор при работе во внешней части забоя может подгребать ближе к себе разрыхленную породу, находящуюся на расстоянии более 0,7 R^.

Минимальная ширина тупиковой заходки при проведении траншеи без учета транспортного обслуживания (средства транспорта расположены на борту траншеи и применяется верхняя погрузка) определяется радиусом вращения кабины R_K и расстоянием безопасности до откоса - С:

А_зт = 2 (R_K + С), м

При погрузке горной массы в средства транспорта на уровне стояния экскаватора ширина тупиковой заходки определяется с учетом размещения транспортных коммуникаций и схемы подачи транспортных средств под погрузку.

Ширина рабочей площадки уступа определяется с учетом физико-механических свойств горных пород, рабочих параметров экскаватора и вида транспорта.

При разработке мягких пород, не требующих предварительного рых­ления взрывом, ширина рабочей площадки будет равна:

В_рп= A + T+ C + Z, м

где А - ширина заходки, м;

Т - ширина транспортной полосы, м;

С - безопасный зазор между нижней бровкой уступа и транспортной полосой (С = 2-3 м);

Z - ширина призмы обрушения, м.

Минимальная ширина рабочей площадки в породах, требующих бу­ровзрывной отбойки, устанавливается из условия свободного размещения и прохода основного горно-транспортного оборудования. При этом можно управлять параметрами развала взорванной горной массы посредством из­менения количества буримых скважин и применения различных схем ко-роткозамедденного взрывания зарядов.

Ширина рабочих площадок на карьерах с автомобильным транспор­том в большинстве случаев составляет 40 - 00 м.

Число рабочих уступов и длина фронта работ должны быть наи­меньшими, но достаточными для обеспечения производительности карьера по добыче полезного ископаемого и для подготовки вскрытых запасов.

Число блоков или экскаваторных забоев на одном уступе при желез­нодорожном транспорте по условиям транспортно-обменных операций не превышает трех, при автомобильном оно может достигать пяти - шести. Минимальная длина одного блока при железнодорожном транспорте 400-500 м, при автотранспорте 150 - 250 м.

Увеличение длины карьерного поля приводит к возрастанию вскры­тых запасов, что благоприятно отражается на показатели работы карьера. Однако длина фронта работ часто определяется горнотехническими усло­виями, поэтому выбор ее следует производить на основе технико-экономических расчетов, учитывающих динамику ведения вскрышных ра­бот и использования основного оборудования.

Для верхних горизонтов, вскрытие которых осуществляется различ­ными способами, длина фронта будет находиться в широких пределах.

Для наклонных и крутых месторождений оптимальную длину фронта следует определять для средних и глубоких горизонтов, вскрываемых внут­ренними траншеями. Поэтому здесь число вскрышных уступов зависит от размеров рабочей зоны и времени подготовки новых горизонтов.

Для оценки интенсивности разработки горизонтальных и пологих ме­сторождений пользуются критерием годовой скорости подвигания фронта работ, которая в зависимости от параметров карьера находится обычно в пределах 120 - 300 м.

Интенсивность горных работ в углубляющемся карьере характеризуется скоростью понижения рабочих горизонтов в течение одного года, и она при использовании железнодорожного транспорта составляет 7-12 м/год, а при автомобильном может достигнуть 15-20 м/год.

Многообразие природных условий разрабатываемых месторождений полезных ископаемых (МПИ) обуславливает использование большого чис­ла технологических схем ведения горных работ.

При эксплуатации горизонтальных и пологих МПИ широко приме­няются высокоэффективные бестранспортные схемы горных работ, при ко­торых выемка и складирование вскрышных пород в выработанное про­странство осуществляются непосредственно мощными шагающими драг­лайнами и вскрышными мехлопатами. В данном случае отсутствие проме­жуточного транспортного звена и специального оборудования для отвало-образования приводит к лучшим технико-экономическим показателям даже при необходимости перевалки вскрыши в 2-3 раза.

Бестранспортные схемы экскавации вскрышных пород подразделя­ются на две группы - простые и усложненные.

При первой схеме разработка вскрыши производится мехлопатой или драглайном с укладкой ее в выработанное пространство без после­дующей переэкскавации.

В усложненных схемах укладываемая экскаватором во временный (пер­вичный) отвал порода подлежит частичной (редко полной) переэкскавации.

Производительность основной машины карьера-экскаватора предо­пределяет интенсивность и экономичность ведения горных работ. Она за­висит от многих факторов, из которых можно выделить такие, как конст­руктивные особенности самого оборудования, свойства и состояние экска-вируемых пород, вид транспорта и организацию работ на уступе.

Для рационального использования конструктивных возможностей экскаватора в каждом конкретном случае целесообразно иметь ковш раз­личной емкости и правильно определять параметры отрабатываемого за­боя.

При выемке горных пород непосредственно из массива работа экска­ватора будет затруднена при наличии глинистых фракций, валунов и об­водненности породного массива. Снижение производительности экскава­тора происходит из-за необходимости периодической очистки ковша от на­липшей породы и уборки негабарита, а также ввиду недостаточной несу­щей способности сильноувлажненных пород.

При экскавации взорванной горной массы на производительность по­грузочного оборудования большое влияние оказывает качество дробления, характеризуемое различными критериями.

Для оценки фракционного состава разрушенных пород используются, прежде всего, процент выхода негабаритов, коэффициент разрыхления и средний размер куска.

Если выход негабарита составляет свыше 5-6%, то рекомендуется учитывать его влияние на производительность экскаватора. По некоторым данным [5] в этом случае производительность экскаватора ЭКГ-5 снижает­ся почти на 30%. Однако этот критерий не может служить исчерпывающей характеристикой качества дробления горных пород, так как применение эффективных методов взрывных работ может привести к устранению вы­хода крупнокусковой фракции.

Среднее значение коэффициента разрыхления по взорванному блоку в целом можно установить маркшейдерскими замерами объемов пород до и после взрыва. Наиболее лучшими по качеству дробления считаются формы с нормальным развалом взорванных пород, когда обеспечивается коэффи­циент разрыхления Кр=1,3-4,45.

 

Кусковатость взорванных пород часто характеризуется средним диа­метром d_cp ее кусков. Он устанавливается как средневзвешенный в зависи­мости от процентного содержания отдельных классов крупности, для этого широко используется фотопланиметрический способ.

С учетом линейных размеров кусков все разрушенные горные породы по кусковатости акад. В.В. Ржевским [6] подразделены на пять категорий:

I категория - очень мелкоразрушенные породы с размером наиболее крупных кусков 1_тах до 0,4-0,6 м; d_cp < 0,1 м.

II категория - мелкоразрушенные породы с размером кусков l_max до
0,6-1,0 M;d_cp =0,15-0,25 м;

III категория - среднеразрушенные породы с 1_тах до 1,0-1,4 м; d_cp

-=0,25-0,35 м.

IV категория - крупноразрушенные породы с 1_тах =1,5-2,0 м; d_cp =0,4-0,6 м.

V категория - весьма крупноразрушенные породы с 1_тах =2,5-3,0 и более; d_cp =0,7-0,9 м.

Оптимальная степень дробления горных пород, учитывающая затра­ты по отдельным процессам, устанавливается в зависимости от среднего диаметра куска с использованием различных формул и графиков [7].

На производительность экскаватора влияют также организационно-технические факторы, к которым можно отнести размеры забоя, вид транс­порта, организацию работ на уступе и в карьере, квалификацию машиниста экскаватора и др.

При малой высоте забоя наполнение ковша ухудшается, а также уве­личиваются затраты времени на передвижение экскаватора. От ширины за­боя зависит продолжительность поворота экскаватора, поэтому, чем мень­ше (до известного предела) ширина забоя, тем меньше средний угол пово­рота экскаватора и меньше продолжительность цикла.

Вид транспорта является важнейшим фактором, определяющим ис­пользование экскаватора во времени, и он учитывается при расчете смен­ной производительности экскаватора. Коэффициент влияния вида транс­порта на экскавацию определяется по следующей формуле:

К_тр =

где t_пог - время погрузки железнодорожного состава или автосамосвала, мин; t_об - время обмена груженого транспортного средства на порожний, мин.

При автомобильном и конвейерном транспорте этот коэффициент близок к единице; при железнодорожном транспорте он составляет 0,5-0,7.

От организации работ зависит использование сменного и годового времени. Простои экскаватора можно свести к минимуму в том случае, ес­ли работу организовать по технологическим графикам. Снижение простоя экскаватора ЭКГ-5 в течение смены даже на 0,5 ч позволяет повысить его производительность приблизительно на 60-100 тыс. м в год.

Продолжительность рабочего цикла экскаватора в значительной мере зависит от квалификации машиниста экскаватора. Лучшие машинисты, со­вмещая отдельные операции цикла и соблюдая определенную последовательность в разработке забоя, добиваются увеличения производительности экскаватора за счет снижения продолжительности цикла.

Кроме того, для производительной работы экскаватора ими прово­дятся своевременный профилактический ремонт и смазка, а также обеспе­чивается правильная установка машин в забое.

Принято различать теоретическую, техническую и эксплуатационную производительность одноковшовых экскаваторов.

 

Теоретическая или паспортная производительность Q_Teop - это объем породы, вырабатываемый при непрерывной работе экскаватора в единицу времени (обычно за 1 ч). Она служит для сравнения отдельных видов и ти­поразмеров машин между собой.

Техническая производительность Q_тexн- это максимально возможная производительность экскаватора данной модели в конкретных горнотехнических условиях его работы. Ее определяют по следующей формуле:

Q_техн=

где Е - вместимость или емкость ковша экскаватора, м³; К_н - коэффициент наполнения ковша экскаватора; К_р- коэффициент разрыхления горной массы в ковше экскаватора; К_э - коэффициент экскавации пород (К, = К„/К_р); t_ц - продолжительность рабочего цикла в конкретных условиях, с; Коэффициент наполнения ковша механической лопаты при экскава­ции различных пород может иметь следующие значения:

Легкие влажные пески, суглинки 1,1 -1,0

Песчано-глинистые породы средней плотности 0,8-0,6

Плотные песчано-глинистые породы с галькой и валунами 0,7-0,6
Удовлетворительно взорванные скальные породы 0,75-0,6

Плохо взорванные скальные породы 0,6-0,4

Коэффициент разрыхления породы в ковше экскаватора принимается равным: для мягких пород К_р=1,2-1,4; для скальных К_р=1,4-1,6.

Для драглайна, работающего в легких влажных песках, К_н= 1,05-Ю,9, а в песчано-глинистых породах средней плотности К„=0,7-Ю,4.

Продолжительность рабочего цикла t„ с учетом возможного совме­щения операций определяется из выражения:

t_ц = (t_ч+t_п.p + t_п.з + t_р) с,

где t_ч - время черпания (продолжительность экскавации породы), с;

t_п.р - время поворота экскаватора от забоя к месту разгрузки, с;

t_п.з - время поворота экскаватора в забой, с;

t_р - время разгрузки ковша экскаватора, с.

При экскавации взорванных скальных пород элементом цикла, непо­средственно зависящим от качества подготовки пород, является время чер­пания. Количественная связь времени черпания с кусковатостью взорван­ной горной массы устанавливается на основе хронометражных наблюде­ний. В результате статистической обработки полученных данных выведены различные эмпирические зависимости времени черпания от кусковатости пород и вместимости ковша экскаватора

. Чем больше емкость ковша экскаватора, тем меньше влияние грану­лометрического состава пород (и в целом ее экскавируемости) на продол­жительность черпания. Однако увеличение среднего диаметра куска d_cp с 0,2-0,3 м до 1,0 м может привести к кратному увеличению времени черпа­ния при применении даже крупных экскаваторов, имеющих емкость ковша 20 и более м³.

Около 60% времени в продолжительности цикла занимают повороты экскаватора, поэтому для уменьшения угла поворота необходимо правиль­но выбрать ширину забоя и обеспечивать рациональную установку транс­портного средства под погрузку.

Продолжительность разгрузки ковша мехлопаты в транспортные со­суды зависит в основном от типа экскавируемых пород и составляет 2-6 с (максимальное значение характерно для глинистых вязких пород).

Техническая производительность экскаватора служит критерием для оценки его работы при экскавации горных пород с конкретными физико-механическими свойствами.

Для практических целей целесообразно использовать эксплуатацион­ную производительность экскаватора, которая отражает действительный объ­ем пород, отрабатываемых в течение определенного промежутка времени.

Сменная производительность экскаваторов цикличного действия (мехлопат и драглайнов) Q_CM определяется по формуле:

Q_см = О_техн ∙ Т ∙ К_ис м³/смену,

где Т - продолжительность смены, ч;

К_ис - коэффициент использования сменного времени экскаватора.

На величину К_ис влияет в основном организация выемочно-погрузочных и транспортных работ. При применении автотранспорта этот коэффициент колеблется в пределах от 0,6 до 0,85 в зависимости от усло­вий обмена автосамосвалов в забое экскаватора. Об этом свидетельствуют показатели работы экскаваторно-автомобильного комплекса на карьере трубки «Удачная» (таблица 5).

При определении годовой эксплуатационной производительности экскаватора исходят из годового фонда и количества смен в сутки. Время использования экскаватора в течение года на погрузке зависит от количест­ва простоев в праздничные и выходные дни, а также по климатическим условиям. Кроме того, высчитывается время, отведенное на различные виды ремонта, которое может составить 40-60 дней в году.

Работа экскаватора в забое значительно осложняется при разработке породного массива с наличием большого количества валунов и негабарит­ных кусков, при выемке нескольких типов или сортов горной массы и при низких температурах наружного воздуха.

Выемка крупных валунов, присутствующих в рыхлых отложениях, требует особой осторожности со стороны машиниста экскаватора, так как он скатившись по забою может повредить ходовую часть экскаватора.

Перед тем, как приступить к удалению валуна, необходимо осторож­но обобрать вокруг него мягкую породу или руду, при этом, если валун на­ходится на некоторой высоте от подошвы уступа, то снизу под ним остав­ляется «ножка». Когда валун будет достаточно обнажен, «ножку» разру­шают ковшом, притом днище его держат открытым.

После того, как валун лишится сцепления с породой напорным меха­низмом создают усилие на забой, чтобы валун в ковше опустился вниз и переместился в сторону.

Крупность отдельных кусков взорванных пород должна допускать прохождение их через ковш экскаватора. Этому условию удовлетворяют куски с линейными размерами 1_к, определяемые по формуле:

1_к =0,8³

где Е - емкость или вместимость ковша экскаватора, м³.

С увеличением выхода более крупных кусков затрудняется черпание, затрачивается дополнительное время на разборку забоя и складирование негабаритов. Больше затруднения возникают в том случае, если длинная сторона негабарита в значительной мере превышает размеры ковша.

Здесь требуется повернуть негабарит так, чтобы длинная сторона совпала с направлением движения ковша для захвата его зубьями.

При работе экскаватора в забое с неравномерным распределением горных пород по крепости экскавацию следует производить с наиболее слабых мест забоя. В этом случае легко создаются дополнительные обна­женные плоскости крепких пород, в результате чего разработка последних облегчается. При плохо взорванной горной массе в забое, разработку его нужно вести с наиболее трещиноватой части, причем так, чтобы в забое появились новые системы трещин.

Обычно в сложных забоях полезное ископаемое перемежается с про­слойками пустой породы.

Основные типы сложных забоев

Степень сложности забоя зависит от различных факторов: мощности рудного или породного включения, числа прослойков полезного ископае­мого или пустой породы, количества типов или сортов полезного ископае­мого в забое требующих раздельного извлечения и др.

Условно из всего разнообразия можно выделить четыре типа слож­ных забоев:

по высоте забоя наблюдается два слоя рудных разновидностей (ти­пов или сортов) или только один слой руды и один слой породы; это наиболее простая структура сложного забоя, и при разработке его обес­печивается почти полное извлечение руды при незначительном разубоживании.