5.7. Обеспечение безопасных условий труда при перемещении карьерных грузов
Безопасные условия труда при выполнении основных работ достигаются четким соблюдением правил техники безопасности, размещением транспортных коммуникаций на всех участках трассы от забоя до отвала в соответствии с установленными требованиями, выбором оптимального по условиям трассы режима движения подвижного состава и т. д.
6. Отвальные работы на карьерах
6.1. Общие сведения
Мягкие, разрушенные полускальные и скальные горные породы перемещаются и складируются в насыпи, называемые отвалами. Различают внутренние и внешние отвалы. Внутренние отвалы (рис. 6.1) размещаются в выработанном пространстве карьеров, разрабатывающих горизонтальные и пологие месторождения при постоянном числе вскрышных и добычных уступов. Внешние отвалы (рис. 6.2) располагаются за пределами карьерного поля при разработке наклонных и крутых месторождений при постоянно увеличивающемся числе вскрышных и добычных уступов.
В период строительства и наращивания производственной мощности карьеров на горизонтальных и пологих залежах возможно только внешнее отвалообразование.
Внутреннее отвалообразование во всех случаях целесообразнее, так как при этом обеспечивается минимальная дальность и благоприятные условия транспортирования грузов, создаются предпосылки для полного восстановления земель, нарушенных открытыми горными работами, исключается необходимость занятия под отвалы ценных земель и т. д.
Внешние отвалы стремятся размещать в балках, оврагах, на месте болот и на землях, не занятых сельскохозяйственным и лесным производством.
Складируемые в отвал породы характеризуются коэффициентом внутреннего трения, равным тангенсу угла естественного откоса. Углы естественного откоса отвалов изменяются от 34 до 38°. Уложенные в отвал крупнокусковые породы при высоте до 10 м имеют угол естественного откоса 42 – 45°. Высокие отвалы крупнокусковых пород в нижней части выполаживаются до 25 – 30°.
Породные отвалы, как правило, неоднородны. Это происходит как за счет отсыпки литологически разных пород, так и за счет естественного фракционирования их по крупности. Мелкие фракции располагаются в верхней, а более крупные – в нижней части насыпи.
Способ отвалообразования определяется в первую очередь видом применяемого для перемещения горных пород транспорта и зависит также от объемов и физико-технических свойств складируемых пород, размера отвальных площадей, общей высоты отвала, числа отсыпаемых ярусов и других факторов.
6.2. Отвальные работы при железнодорожном транспорте
При перевозке вскрышных пород железнодорожным транспортом применяется плужное, экскаваторное (мехлопатами, драглайнами, многоковшовыми экскаваторами-абзетцерами), бульдозерное, скреперное и гидравлическое отвалообразование.
Плужное отвалообразование в настоящее время ограниченно применяется на открытых горных работах: при одновременной эксплуатации большого числа тупиков и относительно малой производительности каждого из них; при складировании горной массы на косогорах; на резервных периодически используемых тупиках, когда основной объем отвальных работ выполняется экскаваторами. Для плужного отвалоббразования характерна одновременная разгрузка всех думпкаров по длине локомотивосостава под откос уступа (рис. 6.5).
С помощью переднего лемеха, главных боковых и откосных крыльев отвальный плуг сбрасывает породу под откос и одновременно планирует площадку новой трассы железнодорожного пути. Обычно шаг передвижки путей составляет 1,5 – 2,5 м и в отдельных случаях может достигать 4 м. Длина отвальных тупиков составляет 500 – 2500 м, высота отвалов от 7 до 25 м.
Приемная способность отвальных тупиков и их число зависят от высоты и длины плужного отвала, а также от шага передвижки.
Большое число резервных тупиков, их небольшая приемная способность, малый шаг передвижки, большой объем и дороговизна путевых работ, зависимость от климатических условий при отсыпке мягких пород в дождливый период и другие недостатки ограничивают область применения плужного отвалообразования на карьерах.
Отвалообразование механическими лопатами является наиболее распространено на открытых горных работах при размещении в отвал мягких и разрушенных полускальных и скальных пород. Значительный (22 – 25 м) шаг передвижки путей и снижение в связи с этим затрат на путепереукладочные работы (в 10 – 15 раз), большая вместимость отвальных тупиков и другие достоинства по сравнению с плужным отвалообразованием позволили в настоящее время широко применять экскаваторное отвалообразование на большинстве угольных и рудных карьеров.
Отвалообразование мехлопатами заключается в следующем (рис. 6.6).
На нижний подуступ отвального уступа устанавливается мехлопата и переэкскавирует разгружаемую из думпкаров в приемный бункер породу вперед по ходу экскаватора на нижний уступ, сбоку под откос отвала и сзади экскаватора на верхний подуступ. Приемный бункер устраивается экскаватором у нижней бровки верхнего подуступа и по мере отсыпки породы регулярно переносится в новое положение.
Переукладка железнодорожного пути на новую трассу производится после отсыпки нижнего и верхнего подуступов на ширину отвальной заходки.
На некоторых карьерах применяется отвалообразование драглайнами, процесс которого аналогичен процессу отвалообразования мехлопатами.
Использование драглайнов позволяет в 3 – 7 раз по сравнению с отвалообразованием мехлопатами сократить объем путепереукладочных работ, использовать на вывозке вскрыши более тяжелые локомотивосоставы, увеличить высоту отвальных уступов и повысить безопасность отвальных работ.
Наиболее применимы схемы отвалообразования при одном железнодорожном тупике с нижней, верхней и последовательной нижней и верхней отсыпкой двух ярусов.
На рис. 6.9 приведена последовательная верхняя и нижняя схемы отсыпки драглайном двух ярусов отвала соответственно при прямом и обратном проходах экскаватора.
Область применения отвалообразования драглайнами ограничивается мягкими и мелковзорванными породами.
Отсыпка отвалов специальными отвальными экскаваторами — абзетцерами (рис. 6.10) целесообразна только при выемке связных и песчаных пород.
Порода из железнодорожных думпкаров разгружается в приемную канаву, откуда она черпается заборным органом абзетцера и с помощью отвальной консоли, оборудованной ленточным конвейером, перемещается в отвал.
Современные отвальные экскаваторы-абзетцеры имеют емкость черпаков от 400 до 4500 л и паспортную производительность от 770 до 5650 м3/ч. При вылете отвальной консоли от 63,5 до 91,2 м они обеспечивают верхнюю отсыпку отвала высотой от 18 до 35 м.
Обычно стремятся отсыпку отвалов производить широкими за-ходками, так как при этом улучшаются условия содержания железнодорожных путей, сокращаются затраты на их переукладку, полностью используется вылет отвальной консоли и создаются условия для управления углом откоса отвала.
Зависимость от климатических условий, а также высокие трудовые и материальные затраты на содержание железнодорожных путей являются ограничивающими факторами применения абзетцеров в качестве отвальных машин на открытых горных разработках.
Бульдозерное отвалообразование при железнодорожном транспорте (рис. 6.11) используется для складирования мягких, мелко- и средневзорванных пород. В зависимости от обводненности и других свойств пород высота отсыпаемого отвала достигает 20 м и более.
Для бульдозерного отвалообразования характерна высокая приемная способность отвального тупика. Кроме того, отсутствует ограничение шага переукладки путей параметрами отвальной машины (экскаватора, абзетцера и т. д.), незначительные в сравнении с экскаваторным способом капитальные и эксплуатационные затраты. Одновременная разгрузка думпкаров позволяет увеличить пропускную способность отвальных путей. Интенсивность отвалообразования увеличивается как за счет применения более мощных бульдозеров и их числа, так и за счет применения думпкаров большей грузоподъемности. Оптимальная ширина отвальной заходки, установленная по минимуму приведенных затрат, равна 30 – 70 м, а длина отвального тупика по тому же критерию – 1200 – 1500 м.
Ограниченно при складировании мягких, и мелковзорванных пород может применяться скреперное отвалообразование, при котором удается увеличить высоту отвального уступа и пропускную способность тупика, сократить протяженность отвальных путей и увеличить шаг их переукладки.
Ширина отвальной заходки при скреперном отвалообразовании по условию экономически допустимой предельной дальности транспортирования может достигать 700 – 750 м.
Гидравлическое отвалообразование при железнодорожном транспорте (рис. 6.12) применяется для складирования мягких и легко размываемых песчаных и связных пород.
Способы гидравлического отвалообразования: размыв породы на приемном откосе с помощью поступающей через насадки воды; размыв породы на приемном откосе гидромониторами; нагнетание и сползание водонасыщенной породы водой под давлением 300 – 500 кПа через специальные трубы; смыв породы с приемного откоса водой из аккумулирующей емкости.
При гидравлическом отвалообразовании откос, по которому происходит движение водонасыщенной породы, постепенно выпола-живается и перемещение породы прекращается. Тогда производится отсыпка породы без смыва до тех пор, пока можно переносить железнодорожный путь и технические средства гидромеханизации в новое положение. После этого цикл гидроотвалообразования повторяется.
В зависимости от способа гидрообразования расход воды может изменяться от 1 до 2 м3 на 1 м3 породы.
Смыв водой из аккумулирующей емкости позволяет укладывать в отвал раздробленные породы крупностью кусков до 100 – 200 мм в смеси с песком и глиной.
Использование гидроотвалообразования в определенных природных и климатических условиях по сравнению с экскаваторным отвалообразованием позволяет сократить объем путепереукладочных работ, резко поднять производительность труда отвальных рабочих, в 2 – 4 раза снизить капитальные и эксплуатационные затраты.