§ 4. Технология разработки горных пород механическими лопатами

Прямые механические лопаты устанавливают на подошве уступа и отрабатывают его последовательными заходками, забои которых расположены с торца уступа выше горизонта установки экскава-

Рис. 118. Виды забоев механической лопаты

тора. Во время работы механическая лопата черпает, породу из забоя снизу вверх и по мере отработки заходки перемещается вперед. Рабочий цикл механической лопаты состоит из следующих основ­ных операций: наполнения ковша в забое, вывода ковша из забоя, поворота к месту разгрузки, установки ковша над местом разгрузки, разгрузки, поворота к забою, втягивания рукоятки, опускания ковша к основанию забоя. .Для сокращения продолжительности рабочего цикла некоторые операции совмещают во времени: вывод ковша из забоя и установка его над местом разгрузки совмещают с поворо­том; обратный поворот экскаватора в забой совмещают с втягиванием рукояти и опусканием ковша.

Ковш наполняют с подошвы уступа, при этом порода постепенно осыпается навстречу движущемуся ковшу экскаватора. Продолжи­тельность черпания зависит от крепости породы, а при разработке скальных по­род — от качества их рыхле­ния. При плохом рыхлении пород длительность черпа­ния значительно увеличи­вается.

Продолжительность раз­грузки зависит главным об­разом от того, производится разгрузка в отвал или в транспортные средства. Наи­большее время затрачивается при разгрузке в транспортные сосуды небольшой емкости, когда требуется точная наводка ковша над центром кузова. Минимальное время требуется для разгрузки породы в отвал.

При нормальных условиях работы значительную часть времени рабочего цикла (до 50—60%) занимает поворот экскаватора. При уменьшении угла поворота продолжительность цикла может значительно сокращена.

Забой механической лопаты имеет криволинейную форму, личают следующие виды забоев механической лопаты (рис. боковой (а), тупиковый (б) и фронтальный (в). Согласно ПТЭ, нор­мальным для механической лопаты является боковой забой. При работе в боковом забое обеспечивается наибольшая производитель­ность, поскольку в этом случае угол поворота экскаватора обычно не превышает 90° и значительно упрощается подача транспортных сосудов под погрузку. Тупиковые забои обычно применяют при про­ходке траншей, а также при разработке месторождений сложного строения и отработке тупиков карьерного поля. Фронтальные забои применяют в исключительных случаях, когда невозможно произво­дить выемку пород боковым забоем.

В свою очередь, в боковом забое различают схему с боковой раз­грузкой в отвал (рис. 119, а), с боковой разгрузкой в транспортные

средства, расположенные на горизонте установки экскаватора (рис. 119, б), с боковой разгрузкой в транспортные средства, располо­женные выше горизонта установки экскаватора (рис 119, в). В тупиковом забое — с тупиковой погрузкой в транспортные сред­ства на горизонте экскаватора (рис. 119, г), с верхней погрузкой в транспортные средства (рис. 119, д), с размещением породы на бор­тах траншеи (рис. 119, е).

Рис. 119. Основные схемы работы механических лопат.

Схему работы с боковой разгрузкой в отвал применяют при пере-валке вскрышных пород в выработанное пространство карьера. При этом достигается наиболее высокая производительность, так как экскаватор не связан с транспортом, что исключает простои при обмене груженых транспортных сосудов на порожние, и необходи­мость точной наводки ковша над местом его разгрузки.

Схема работы с боковой разгрузкой в транспортные средства на горизонте установки экскаватора наиболее распространена на карье­рах. Производительность экскаватора при этой схеме ниже, чем при работе с разгрузкой в отвал, но выше, чем при всех остальных схемах.

Верхнюю погрузку применяют при наличии экскаваторов с удли­ненным рабочим оборудованием. При верхней погрузке производи­тельность экскаваторов в связи с большими затратами времени на установку ковша над кузовом транспортного сосуда на 20-30% меньше, чем при нижней, но зато значительно упрощается работа транспорта.

Производительность механических лопат в тупиковых забоях при верхней погрузке практически одинакова, а при нижней погрузке меньше, чем в боковых забоях. Это вызвано главным образом тем, что транспортные сосуды _При нижней погрузке в тупиковых забоях устанавливают позади экскаватора, в результате чего увеличивается угол поворота экскаватора и соответственно удлиняется время рабочего цикла. При Железнодорожном транспорте значительно увеличиваются вынужденные простои экскаватора при обмене груженых транспортных сосудов на порожние, а также при наращи-вании железнодорожных путей.

Геометрические размеры забоя механической лопаты зависят от параметров экскаватора и физико-механических свойств горных пород .

В мягких породах профиль забоя криволинейный, соответству-ющий траектории движения ковша экскаватора. Поэтому высота за($оя в мягких породах не должна превышать максимальную вы­соту черпанияэкскаватора, т. е. h « Н_{ч тах}. При большей высоте забоя я в верхней его части образуются нависи или козырьки породы, Обушенив которых представляет опасность для людей й экскава­тора

В сыпучих, а также в хорошо разрыхленных скальных породах профиль забоя соответствует углу естественного откоса горных пород. При разработке таких пород, когда постепенное осыпание их сни-жает высоту непосредственно разрабатываемой части забоя, до­пускается увеличение его высоты до 1,5Н_ч._тах.

Разрабатывагь угольные пласты механическими лопатами, со­гласна правилам безопасности, можно одним уступом высотой до 30м.

В случае угрозы обрушения забоя работу немедленно прекра­щают, и экскаватор отводят от забоя на безопасное расстояние.

При верхней погрузке высоту забоя определяют по выражению

h<Hр.max-(h_т+h₃), _м, (114)

где Hр.max— максимальная высота разгрузки экскаватора, м; ht- высота транспортного сосуда, м;

hз — безопасный зазор между верхом транспортного сосуда и ковшом при разгрузке (0,5—1 м). Минимальную высоту забоя устанавливают из условия полного наполнения ковша экскаватора за одно черпание. В мягких породах минимальная высота забоя должна составлять не менее ²/з высоты расположения напорного вала, в скальных породах — не менее высоты напорного вала экскаватора.

На карьерах СССР высота уступов обычно составляет 10—15 м. Ширина бокового забоя механической лопаты

А=(0,5-1,7)R_ч._у, м, (115)

где Rч.у — радиус черпания экскаватора на горизонте установки, м.

При железнодорожном транспорте для сокращения числа пере­движек путей ширину забоев принимают наибольшей — обычно (1,5÷1,7)R_{Ч у} (рис. 120, а). При этом ширину внутренней части забоя принимают R_ч. _у, так как при большей ширине ее у подошвы уступа остается неубранная порода. Ширину внешней части забоя при­нимают (0,5÷0,7) R_ч. _у из условия нормального наполнения ковша без отталкивания породы в сторону выработанного пространства карьера. При этом угол поворота экскаватора не превышает 30—45°.

При автомобильном транспорте для подъезда автомашин под погрузку может быть использовано выработанное пространство сбоку или позади экскаватора. Поэтому ширину забоя при автомобильном транспорте иногда уменьшают до (0,5 -1) R_{ч у} (рис. 120, б, в), что позволяет сократить угол поворота экскаватора при разгрузке и за счет этого уменьшить продолжительность рабочего цикла.

Рис. 120. Схема к определению ширины забоя механи­ческой лопаты

Для механических лопат с ковшами емкостью 4—5 м³ нормальная ширина бокового забоя составляет 12—15 м, для более мощных экскаваторов 20—30 м.

Ширина тупикового забоя механической лопаты определяется заданными его размерами или рабочими параметрами экскаватора. Максимальная ширина тупикового забоя равна 2R_Ч._У (рис. 120, г). При большей ширине забоя экскаватор передвигается зигзагообраз­но или разработка производится короткими поперечными заходками.