Технологічна оцінка основних видів виймального устаткування

Кар'єрні виймальні машини за принципом дії розділяються на устаткування циклічної і безперервної дії, а за функціональною ознакою - на виймально-навантажувальні і виймально-транспортні машини.

До виймально-навантажувальних машин відносяться всі екскаватори, а до тих, що выемочно-транспортирующим - скрепери і бульдозери.

До устаткування циклічної дії відносяться одноківшові екскаватори (лопати, драглайни) і выемочно-транспортирующие машини, а до устаткування безперервної дії - багатоковшеві екскаватори (роторні, ланцюгові).

Колісні скрепери економічні при виїмці м'яких і механічно розпушених щільних і напівскельних порід при дальності транспортування до 2 - 3 км. До недоліків скреперів слід віднести: сезонність виїмки м'яких порід, порівняно недовгий термін служби, різке зниження продуктивності із збільшенням довжини транспортування.

Бульдозери, що характеризуються мобільністю, маневреністю, високою прохідністю і простотою конструкції, широко використовуються на допоміжних роботах. Ефективність застосування обмежується обмеженістю

відстані транспортування (100 - 200 м).

Прямі механічні лопати верхнього черпання характеризуються високим зусиллям копання, великим числом типорозмірів і міцністю робочого устаткування. Основний недолік мехлопат - переривчастий (циклічність) робочого процесу. При роботі мехлопат власне на екскавацію (черпання) витрачається лише 20-30% загального часу циклу.

Драглайни, завдяки гнучкій підвісці робочого органу забезпечують велику дальність переміщення породи. Це дозволяє ефективно використовувати могутні драглайни для виїмки і перевалки м'яких і зруйнованих порід у вироблений простір, зведення насипів, проведення траншей. Нижнє черпання дозволяє розробляти драглайнами породи, що обводнюють, і підводні ділянки.

Ланцюгові багатоковшеві екскаватори використовують для виїмки м'яких і щільних порід. У наслідку цього виїмка сезонна навіть в районах з м'яким кліматом. Основними перевагами ланцюгових екскаваторів є: висока питома продуктивність (на 1 т маси екскаватора), велика висота уступу, безперервність і ненаголошеність завантаження транспортних засобів. До недоліків слід віднести: використання робочого органу для переміщення породи по забою до пункту розвантаження, що обумовлює великий знос направляючих пристроїв і ківшевого ланцюга, збільшує енергоємність процесу і знижує зусилля копання, що розвивається.

У роторних екскаваторів розділення функцій виїмки і транспортування породи знижує в порівнянні з ланцюговими масу екскаватора на одиницю продуктивності, дозволяє збільшити зусилля копання і зменшити витрату електроенергії. Підвищені зусилля копання і широкий діапазон регулювання товщини стружки дозволяє екскавіровать щільні і слабо мерзлі породи.

Ефективно здійснюється роторними екскаваторами роздільна виїмка. Недоліками роторних екскаваторів є: сезонність роботи при нормальних зусиллях копання, великі динамічні коливання роторної стріли у крупних моделей, утрудненість боротьби з налипанням на робочий орган і конвеєрні стрічки.

Механічні лопати підрозділяються на три основні типи:

- С - будівельні,

- К - кар'єрні,

- В - розкривні.

Універсальні екскаватори будівельного типу з ковшами ємкістю 0,5-2м³, дизельним або дизель-електричним приводом, на гусеничному ходу застосовуються для виїмки піщаних, м'яких і дрібно зруйнованих порід на кар'єрах виробничою потужністю 0,5-2,0*106 м³/год по гірській масі, а також на крупніших кар'єрах при роздільній виїмці малопотужних покладів. Вантаження в основному нижня. Висота уступу до 6-8 метрів.

Кар'єрні механічні лопати з електричним багато руховим приводом, на гусеничному ходу застосовуються для виїмки м'яких і зруйнованих порід будь-якої кусковатості. Ємкість ковшів 2 - 20 м3 (до 25 м³). Висота уступу, що розробляється, 6 - 20 метрів. Застосовуються на кар'єрах будь-якої виробничої потужності. Найбільш поширено нижнє вантаження.

- Основні технологічні параметри механічних лопат:

- ємкість ковша;

- робочі параметри;

- габарити;

- подоланий ухил;

- маса;

-  питомий тиск на ґрунт.

 До робочих параметрів відносяться:

- Радіус і висота черпання і розвантаження, які залежать від довжини рукояті і стріли, кута нахилу останньою, а також від положення місць черпання і розвантаження.

 -  Радіус черпання Rч - горизонтальна відстань від осі обертання екскаватора до ріжучої кромки ковша при черпанні.

Розрізняють

- Rч. max - при максимально висунутій горизонтальній рукояті;

- Rч. min - при підтягнутій до гусениці рукояті з ковшом на горизонті установки екскаватора;

- Rч. у. - радіус черпання на рівні установки - максимальний радіус на рівні установки екскаватора.

- Висота черпання Нч - вертикальна відстань від горизонту установки екскаватора до ріжучої кромки ковша при черпанні.

- Максимальна висота черпання відповідає максимально піднятій рукояті. Розрізняють висоту Нч черпання при максимальному

- радіусі черпання, а також максимальну глибину Нк черпання нижче горизонту установки екскаватора.

- Радіус розвантаження Rр - горизонтальна відстань від осі обертання екскаватора до центру ковша при вивантаженні з нього гірської маси.

- Максимальний радіус Rр max розвантаженнявідповідає максимально висунутій горизонтально розташованій рукояті при розвантаженні.

- Висота розвантаження Нр - вертикальна відстань від горизонту установки екскаватора до нижньої кромки днища відкритого ковша при вантаженні.

- Максимальна висота розвантаження Нр maxвідповідає максимально піднятому ковшу при вантаженні.

рис. 4.7 Робочі параметри мехлопат

Габарити екскаватора визначаються радіусом обертання задньої частини кузова Rк, висотою екскаватора Не - вертикальною відстанню від горизонту установки екскаватора до верхнього краю найбільш виступаючою вверх незнімної його частини, висотою кузова екскаватора Нк.

Швидкість руху мехлопат на гусеничному ходу складає 0,2 0- 1,1 м/с. Подоланий підйом досягає 12º при масі екскаватора до 100 тонн і 7º для крупніших екскаваторів.

Питомий тиск екскаватора на ґрунт у момент наповнення ковша, повороту і розвантаження міняється в широкому діапазоні і може перевищувати середню (паспортну) величину в 15 - 20 разів. Максимальний питомий тиск:

- 0,2 - мпа для м'якого піску;

- 0,5 - 0,6 мпа для щільної глини;

- 0,8 - 1,0 мпа для мергеля.

Найбільш раціональна виїмка торцевим забоєм при крізній заходці, оскільки кут повороту екскаватора не перевищує 90º, найбільш зручна подача транспортних судин під вантаження, мінімальні простої із-за нарощування і переміщення транспортних комунікацій.

При виїмці фронтальним забоєм середній кут повороту екскаватора зростає до 110º – 140º і крім того необхідні часті пересування із-за малої ширини забою, що знижує продуктивність екскаватора. Тому фронтальний забій застосовують тільки при роздільній виїмці.

Відмітні особливості виїмки м'яких порід:

- постійність висоти забою;

- відносно легкі умови екскавації;

- можливість застосування ковшів збільшеної ємкості.

Профіль забою відповідає траєкторії руху ковша їм має кут укосу 70º - 80º.Товщина стружки, що зрізається, складає 0,2 - 1,0 м.

Висота забою не повинна перевищувати:

У сипких породах:

Мінімальна висота забою, що забезпечує наповнення ковша за одне черпання, складає не менше 2/3 висоти напірного валу екскаватора.

 

рис. 4.8 Ширина заходки

Ширина нормальної заходки обмежується радіусом черпання Rчу. Розрізняють внутрішню і зовнішню частини торцевого забою l1< rчу.

Ширину зовнішньої частини l2 приймають з умови нормального заповнення ковша без виштовхування породи із забою. Це досяжно якщо кут повороту екскаватора у бік виробленого простору не перевищує 45º, при

 

цьому l2 = 0,7* Rчу. Тоді ширина нормальної заходки складе:

При автомобільному транспорті застосовують подовжні заходки - панелі, а також поперечні заходки.Часто застосовують вузькі заходки шириною:

з двостороннім вантаженням автосамоскидів.

Вантаження порід на конвеєр здійснюється через бункери-живильники, місткість яких в 1,5 разу і більш перевищує ємкість ковша екскаватора. Поширені крізні подовжні змінні заходки, коли бункер-живильник розташовується збоку від забійного конвеєра. За наявності у бункера живильника консольного конвеєра (довжиною lб) панель включає два-три нормальні заходки шириною Ан відпрацьовуванні між пересуваннями забійного конвеєра.

Верхнє вантаження в торцевому забої крізної заходки мехлопатой з подовженим робочим устаткуванням частіше застосовується при ж.д. транспорті. Заходки зазвичай нормальні, ширина їх Ан визначається також, як і при нижньому вантаженні. Максимальна висота забою:

- по умові використання максимальної висоти розвантаження визначається по виразу:

де  - висота транспортної судини;

 с - безпечна відстань між кузовом і ковшем у момент розвантаження (с = 0,5 - 0,7 м).

рис. 4.8 Верхня вантаження в торцевом забое

- по умові повного використання радіусу розвантаження:

                                     (4.1)

У стійких породах, коли α =60-70º, висота уступу обмежується висотою розвантаження, а в м'яких породах - радіусом розвантаження.

Тупикові екскаваторні заходки при ж.д. транспорті застосовують іноді при вузьких робочих майданчиках, що не є нормальним. При будь-якому виді транспорту в тупикових заходках за умовами експлуатації нормальна ширина траншейного забою складе:

а мінімального вузького забою:

де  - зазор між укосом борту траншеї і кузовом екскаватора, м.

Забоєм кар'єрної мехлопати зазвичай є весь торець розвалу або його частина. Профіль забою змінюється в наслідку осипання породи. Висота забою екскаватора Н _із залежить від куськоватості і зв'язності підірваної породи:

рис. 4.9

Ширина панелі (подовжньої заходки по целіку) відповідає ширині висаджуваного блоку. Число заходок на розвалі залежить від його ширини, виду вживаного транспорту і моделі екскаватора. На практиці ширина розвалу В змінюється від 1,3Н_у до 5Н_у.

При залізничному транспорті і підриванні щільних і сильнотрещиноватих напівскельних порід виїмку підірваної породи ведуть однією заходкой. Вибухові роботи проводять перед укладанням забійного шляху або після неї. Крок пересування шляху і ширина заходки при цьому складають:

рис. 4.10   

де  - відстань між нижньою бровкой розвалу і віссю шляху, м (  =2,5 - 3,0 м).

При підриванні середньотрещинуватих напівскельних порід без підпірної стінки розвал зазвичай відпрацьовують за дві заходки екскаватора.

рис. 4.11

Після відробітку першої заходки шлях переносять на нову трасу і

відпрацьовують другу заходку, після чого висаджують новий блок. Можливо ширина розвалу в порівнянні з попереднім випадком більше на ширину заходки А, який рівний і крок перекладання шляху.

При підриванні великоблочних скельних порід без підпірної стінки, ширина розвалу підірваних порід може досягати 50 - 60 метрів. Шлях перед вибухом розбирають на ланки і переносять краном за очікувану межу розвалу або вивозять на платформах за межі висаджувального блоку. Для зменшення числа перекладань шляхів зазвичай застосовують нормальні заходки (до 1,7 Rчу), які оптимальні за сумарними витратами на екскавацію і транспорт.

рис. 4.12 Оптимальна ширина заходки при залізничному транспорті

При автомобільному транспорті жорсткий взаємозв'язок між елементами забою і положенням транспортних комунікацій на уступі відсутній. Оптимальна ширина заходки менше ніж при залізничному транспорті. Для екскаватора з ємкістю ковша рівною 8 - 12 метрів вона складає 17 0-20 метрів.

При конвеєрному транспорті схеми виїмки підірваних порід аналогічні вживаним при виїмці м'яких порід. Вантаження дрібно підірваних порід здійснюється через бункер-живильник з грохотами.

При підриванні скельних порід необхідні пересувні дробильні комплекс (ГДК). Характерні крізні подовжні нормальні заходки. Можлива ширина заходки і крок перекладання конвеєра збільшується, як і продуктивність екскаватора, при використанні бункера живильника з розвантажувальною консоллю.

При верхньому вантаженні підірваних порід мехлопатамі з подовженим устаткуванням розвал повинен відвантажуватися за один прохід екскаватора.

Тому ширина розвалу не має бути більше ширини нормальної заходки (В<1,7 Rчу), висота уступу (для забезпечення вказаної ширини розвалу) Ну=(0,7 - 1,0)×Rчу.

 Роздільна виїмка в масиві або розвалі підірваних порід може бути простою або складною.

 Проста роздільна виїмка застосовується в простих забоях однорідних або різнорідних  забоях. Складна роздільна виїмка проводиться в складних забоях.

Ступінь складності забою може бути визначена:

- потужністю рудного або порідного включення;

- числом прослойков корисної копалини або порожньої породи;

- формою і кутом падіння рудних або порідних включень;

- кількістю типів або сортів корисної копалини в забої, що вимагають роздільного витягання.

Зі всієї різноманітності можна виділити чотири типи складних забоїв:

рис. 4.13

а). По висоті забою спостерігається два шару рудних різновидів (типів або сортів) або тільки один сорт руді і один шар породи. При розробці його забезпечується майже повне витягання руді при незначному разубожувані;

б). Забій багато разів перемежається шарами рудий і порід невеликої потужності (до 5 м) горизонтального або слабонахиленного падіння; у таких забоях втрати і разубожування тим вище, чим перемеживаємість шарів;

в). Забій часто перемежається прослоямі руд і порід вертикального або

крутопадаючого падіння; подібні складні забої зустрічаються на ряду кар'єрів;

г). У забоях різного типу або сорту руд і порід представлені тілами неправильною або гнездообразной форми.

Селективні розробки підвищують якість корисної копалини, що здобувається, знижують відсоток разубожування, проте ускладнюються буропідривні і екскаваторні роботи, знижується продуктивність, підвищується собівартість.

Проста селективна розробка здійснюється:

- вузькими заходкамі;

- нормальними заходкамі;

- вибірковим вантаженням;

- ступінчастим уступом.

Метод вузьких заходок полягає в розділенні забою по ширині на два-три відособлені заходки при послідовному їх відробітку.

Метод нормальних заходок застосовують якщо потужність прослоїв дозволяє виділяти заходки нормальної ширини (1,5 - 1,7)*R_чу.

Метод вибіркового вантаження полягає в тому, що по фронту підірваного блоку екскаватор вибирає рудні ділянки, а потім порідні або навпаки.

Метод розробки ступінчастими забоями полягає в тому, що кожна заходка підірваного блоку відпрацьовується за два або декілька проходів екскаватора. За перший прохід відпрацьовується верхня частина забою, за другою нижня.