4.5. Особенности отработки сложных забоев

П

а б в

г д е

Рис. 4.9. Схемы раздельной выемки

еремежаемость нескольких типов и сортов полезного ископаемого или полезного ископаемого с пустой породой в сложных забоях обусловливает необходимость раздельной выемки (рис. 4.9) В результате можно уменьшить потери полезного ископаемого, повысить его качество, снизить затраты на переработку. Однако раздельная выемка неизбежно ведет к усложнению и повышению трудоемкости буровзрывных и экскаваторных работ, снижению производительности оборудования. Поэтому целесообразность валовой (сплошной) или раздельной разработки обосновывают технико-экономическими расчетами.

Различают простую и сложную раздельную выемку. В первом случае ведут обособленную выемку и погрузку различных видов горных пород. Во втором – необходимы специальные приемы разработки и сортировки горной массы в забое. Простую раздельную выемку в забоях с крутым падением слоев или обособленным чередованием разнотипных пород в развале ведут нормальными или узкими заходками (схемы а, б). При чередовании слоев по высоте уступа (развала), его разделяют на подуступы, осуществляя их последовательную отработку (схема в). При пологом падении слоев в сторону откоса уступа совместно используют бульдозеры и экскаваторы (схема г) или бульдозеры и погрузчики. Сущность выборочной погрузки состоит в том, что по фронту взорванного блока экскаватор выбирает сначала рудные, затем породные участки или наоборот (схема д). Этот метод используют при погрузке в автосамосвалы и в забоях с часто перемежающимися по фронту типами горных пород. Сложную раздельную выемку применяют, если невозможно выделить отдельные однородные заходки. В забоях с преимущественным разделением разнотипных пород по высоте уступа или развала ведут раздельное черпание (схема е). Отработку начинают с верхних слоев. При управляемом обрушении сначала в нижней части забоя создают лоткообразные выемки, располагаемые в шахматном порядке, в которые обрушивают горную массу из верхней части забоя, отгружают ее, а затем отрабатывают выступы между выемками.

Раздельная разработка наиболее эффективна при использовании автотранспорта. В этом случае возможна установка экскаватора в положении, исключающем промежуточное штабелирование.

4.6. Выемка и погрузка многоковшовыми экскаваторами

По конструкции рабочего органа выделяют цепные многоковшовые и роторные экскаваторы. В России используют вскрышные и добычные цепные многоковшовые экскаваторы малой (до 900–990 м³/ч) и средней (до 2000 м³/ч) производительности, с нормальным (до 1,0 МПа) и повышенным (до 1,5 МПа) усилием копания. Отечественное машиностроение подобные машины не выпускает. Все цепные многоковшовые экскаваторы, эксплуатируемые на карьерах России, поставлены из Германии и Чехии. Германские машиностроительные фирмы выпускают 18 типоразмеров гусеничных экскаваторов ERs, 11 типоразмеров экскаваторов на рельсовом ходу Es. В Чехии цепные экскаваторы выпускают на рельсовом и шагающем ходу.

Основные узлы цепного экскаватора (рис. 4.10): рама с ковшовой цепью и механизмом подъема, ходовая часть, поворотная (у поворотных машин) платформа, портал или погрузочная консоль, электрическая часть и вспомогательные устройства [12]. Ковшовая цепь передвигается по направляющим жесткой или шарнирно-сочлененной рамы с канатной подвеской. Экскаваторы с жесткой рамой используют для валовой, а с шарнирной – для раздельной выемки. Отдельные экскаваторы оснащены выдвижными рамами с шагом до 5 м. При движении черпаковой цепи и перемещении экскаватора вдоль забоя или повороте машины ковши снимают стружку, наполняются и при нижнем черпании поднимают породу к верхнему барабану, огибая который, разгружаются в бункер. При верхнем черпании перемещение породы обратное: сверху – вниз. Порода из бункера поступает в вагоны (портальная погрузка) или на разгрузочный конвейер (боковая разгрузка).

П

Рис. 4.10. Конструктивная схема цепного экскаватора ДС 1000 20/20-33:

1 – ковши; 2 – ковшовая рама; 3 – приводная звездочка цепи; 4 – приемный желоб; 5 – нижняя рама; 6 – отвальная консоль; 7 – центральная колонна; 8 – стрела подвески отвальной консоли; 9 – роторное колесо для подборки породы; 10 – подвеска ковшовой рамы

о конструкции ходового устройства различают цепные многоковшовые экскаваторы на рельсовом, гусеничном, реже – шагающем ходу. Железнодорожные пути для перемещения экскаваторов укладывают на общих шпалах с путями для подвижного состава. Перемещение путей вслед за отработкой забоя осуществляют встроенными путепередвигателями непрерывного действия. Цепные многоковшовые экскаваторы за исключением малых моделей (канавокопателей) выпускают с электрическим приводом.

Основные достоинства цепных многоковшовых экскаваторов: высокая удельная производительность на 1 т массы, (на 20–30 % выше, чем у одноковшовых), большая высота уступа, возможность автоматизации процесса выемки, непрерывность и безударность загрузки транспортных средств.

Недостатки: быстрый износ рабочего органа, высокий расход электроэнергии, ограниченная область применения (мягкие и плотные породы, сезонная выемка даже в районах с мягким климатом), высокая трудоемкость технического обслуживания и ремонта, повышенные требования к подготовке рабочих горизонтов.

При открытой разработке месторождений используют роторные экскаваторы малой (до 630 м³/ч), средней (630–2500 м³/ч), большой производительности (2500–5000 м³/ч), мощные (5000–10000 м³/ч) и сверхмощные (более 10000 м³/ч) с нормальным (0,45–0,7 МПа) и повышенным (0,85–2,1 МПа) усилием копания (приложения 5,6).

О

Рис. 4.11. Рабочие параметры роторных экскаваторов

сновные узлы роторного экскаватора: рабочее оборудование (стрела с роторным колесом), погрузочная консоль с конвейером и погрузочным лотком, поворотная платформа, электромеханическая часть, вспомогательные устройства (рис. 4.11).

Рабочим органом роторных экскаваторов служит роторное колесо диаметром 2,5–18 м, по окружности которого расположены ковши с жестким и гибким днищем, зачастую оснащенные 2–6 резцами. Гибкие днища изготавливают из цепей или своеобразной сетки-кольчуги для предотвращения налипания на него пород. Принцип работы следующий: за счет вращения роторного колеса и поворота стрелы ковши заполняются стружкой породы и разгружаются на конвейер, расположенный на стреле. Далее порода поступает на конвейер погрузочной консоли, а с него – в транспортные средства. При скорости вращения роторного колеса до 5 м/с разгрузка породы происходит под действием собственного веса, когда ковш достигает верхнего сектора. С увеличением скорости вращения используют принудительные разгрузочные устройства, так как центробежные силы затрудняют гравитационную разгрузку.

Большинство роторных экскаваторов могут работать с верхним и нижним черпанием. По способу подачи ротора на забой различают экскаваторы с выдвижными и невыдвижными стрелами. Последние более надежны и обладают меньшей (на 20–25 %) массой.

Ходовое оборудование – гусеничное, рельсово-гусеничное, рельсовое и шагающе-рельсовое. Наиболее распространены экскаваторы на гусеничном (многогусеничном) и шагающе-рельсовом ходу, которым оснащают мощные машины с невыдвижной стрелой. Экскаваторы на шагающе-рельсовом ходу обладают повышенной проходимостью и улучшенной маневренностью, благодаря возможности разворота на месте [12].

Роторные экскаваторы применяют в сочетании с конвейерным и железнодорожным транспортом, а вскрышные – совместно с отвалообразователями или транспортно-отвальными мостами. В настоящее время наметилась тенденция выпуска роторных экскаваторов с невыдвижными стрелами.

Достоинства роторных экскаваторов по сравнению с цепными и одноковшовыми: высокая производительность, достигающая 100 тыс. м³/сут., большая ширина заходок, малая удельная энергоемкость (0,15–0,5 кВтч) и металлоемкость (0,2–1,1 тыс. т) в расчете на 1 м³ часовой производительности, высокий (0,8–0,9) к. п. д. рабочего органа, простота раздельной выемки. Повышенные усилия копания и широкий диапазон регулирования толщины стружки позволяют экскавировать плотные и слабые мерзлые породы. 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 влажных и вязких глин [12].

Анализ современных тенденций в мировой практике создания и применения техники непрерывного действия показывает все возрастающий интерес к компактным роторным экскаваторам. Развитие их конструкций идет по пути создания, с одной стороны, все более мощных машин, а с другой – в направлении совершенствования их узлов и деталей, стандартизации, применении средств автоматики и перехода на полностью гидрофицированное оборудование. Компактные роторные экскаваторы изготавливают с теоретической производительностью от 200 до 3000 м³/ч, а для легких условий работы – до 7000 м³/ч. Их преимущества: меньшая масса машин и стоимость забойного звена. Можно также увеличить общую высоту уступа, разрабатываемого подуступами.

Основные производители: фирмы «Крупп» (Германия), «West-Alpine» (Австрия), «Оренштайн-Коппель», КМГ (Германия).

Компактные роторные экскаваторы отличаются наличием двухгусеничного хода, размещением электрооборудования сзади на поворотной платформе, гидроподъемом роторной и разгрузочной стрел, сравнительно короткой роторной стрелой (L_c/D_р ≤ 2, тогда как у обычных полноразмерных роторных экскаваторов это соотношение равно 3 и более).

Для отечественных предприятий необходимо создание семейства компактных роторных экскаваторов классов 320, 630, 1250, 2500 м³/ч и выше (таблица 4.2), которые должны придти на замену тяжелым классическим роторным экскаваторам.

Виды забоев и способы их отработки традиционные.

Таблица 4.2 – Техническая характеристика компактных роторных экскаваторов

Параметры и показатели	ЭРК-320 6,5/0,4	ЭРК-630 8,4/0,5	ЭРК-1250 11/0,6	ЭРК-2500 15/0,8	ЭРК-5000 19/1
1. Техническая производительность по рыхлой массе, м3/ч	320–160	630–320	1250–630	2500–1250	5000–2500
2. Высота черпания, м	5,8 (6,5)	7,7 (8,4)	10/11	13,3/15	17,5/19,0
3. Глубина черпания, м	0,4	0,5	0,6	0,8	1,0
4. Радиус черпания, м	9,25	12,1	16,0	21,0	28,8
5. Радиус разгрузки, м	12,0	15,0	20,0	26,0	32,0
6. Диаметр ротора, м	3,5	4,6	6,0	8,0	10,5
7. Число ковшей, ед.	10	10	10	10	10
8. Вместимость ковша, л	50	100	240	560	1300
9. Масса, т	75	150	300	600	1300
10. Установленная мощность электродвигателей, КВА	250	320	700	1350	4700
11. Скорость перемещения, м/ч	400	400	350	300	300
12. Ширина заходки, м	12,0	15,0	20,0	25,5	32,5
13. Угол откоса уступа, град.	80	77	75	70	65