ПРОЦЕССЫ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ

ПРОЦЕССЫ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ

Лекция 1

Тема: Содержание, цели и задачи дисциплины «Производственные процессы открытых горных работ». Производственные процессы и технологические потоки на карьерах.

1. Цели и задачи дисциплины.

– Вооружить горного инженера глубокими знаниями, позволяющими ему грамотно и обоснованно выбрать наиболее рациональное основное и вспомогательное оборудование для ведения открытых горных работ с учетом горно-геологических условий месторождения и производственной мощности предприятия.

– Иметь представление о научно-технических направлениях и перспективах развития горных работ в России, Кузбассе.

– В результате изучения дисциплины он должен иметь твердые знания по назначению и рациональному применению основного и вспомогательного оборудования в соответствии с конкретными, горно-геологическими условиями. Уметь производить расчеты параметров забоев, горных выработок, а также производительности и оптимальности количества горнотранспортного оборудования и механизмов на всем процессе открытых горных работ.

2. Производственные процессы и технологические потоки на карьерах.

Горные работы на карьере, как вскрышные, так и добычные разделяются на производственные процессы:

- подготовку горных пород к выемке;

- выемку и погрузку горных пород;

- перемещение горной массы;

- складирование полезного ископаемого;

- отвалообразование пустых пород.

Подготовка горных пород к выемке – это разрушение пород большой крепости взрывом, а пород средней крепости – механическим способом.

При взрывном способе в определенном порядке бурятся скважины, заряжаются взрывчатым веществом и взрываются. Механический способ заключается в рыхлении бульдозерами.

При выемке и погрузке осуществляются:

- перемещение горной массы;

- складирование пустой породы и полезного ископаемого;

- процесс переработки, который является отдельным, самостоятельным процессом обогатительной фабрики;

- и в отдельный отвал полезного ископаемого.

Все эти процессы объединяются в технологические потоки по разработке горных пород в карьере.

В зависимости от размещения отвалов, пунктов приемки полезного ископаемого, свойств разрабатываемых пород на карьере может быть два (вскрышной и добычной) и более технологических потоков, в которых взаимно увязываются параметры производственных процессов, определяется общий ритм и организация работы.

Совокупность комплектов оборудования по технологическим потокам составляет комплексную механизацию на карьере.

Каждому основному производственному процессу соответствуют вспомогательные работы, которые позволяют планомерно осуществлять основной процесс или облегчают его. Кроме того, на карьерах выполняется ряд общих вспомогательных процессов: электроснабжение, вентиляция, водоотлив, ремонты оборудования.

Выемочно-погрузочные работы, перемещение и разгрузка (складирование) горной массы объединяют основные и вспомогательные процессы горных работ, составляя единый и непрерывный технологический комплекс горных работ, в котором организация одного процесса влияет на организацию других, связанных с ним процессов.

Все основные процессы на карьерах механизированы. Существуют следующие способы механизации производственных процессов:

- экскаваторный;

- гидравлический;

- комбинированный.

При экскаваторном способе применяют различные механические средства.

При гидравлическом способе основные процессы осуществляются с помощью воды и специального гидромеханизированного оборудования.

Средства механизации производственных процессов должны соответствовать характеристикам пород. Иначе выполнение этих процессов становится технически невозможным. Важно не только иметь техническую возможность выемки, но и обеспечить высокую производительность оборудования в каждом процессе.

Большие объемы разрабатываемых и перемещаемых горных пород, вызывают необходимость подбора технических средств механизации основных процессов, соответствующих по производительности, размерам, мощности друг другу. Такая цепь взаимосвязанных машин и механизмов, обеспечивающих надежную и эффективную разработку и перемещение пород, называется комплексом карьерного оборудования.

Наиболее дорогостоящим и трудоемким процессом при ОГР является перемещение горных пород. Минимальные затраты средств на транспортировку достигаются либо при перемещении пород на короткое расстояние, либо при использовании дешевых видов транспорта.

Наиболее эффективная и планомерная эксплуатация горного и транспортного оборудования достигается при поточном процессе горных работ, характеризуемым выполнением всех процессов в одном темпе, непрерывностью общего процесса разработки и равномерностью во времени (ритмичностью). Поточность производства легче достигается при использовании оборудования непрерывного действия (роторных экскаваторов, конвейеров).

Основными принципами, на которых базируется технология и механизация горных работ, являются:

- поточное производство;

- совмещение основных процессов;

- независимость процессов;

- кратчайшее расстояние перемещения горной массы;

- сокращение числа и объемов вспомогательных работ.

Лекция 2

Тема: Горные породы – объект открытых горных разработок. Шкалы крепости горных пород и их классификации.

К полезным ископаемым относятся все виды горных пород, добываемых для хозяйственных, строительных, промышленных и научных целей и используемых в сыром виде или после переработки.

При добыче полезных ископаемых открытым способом неизбежно разрабатываются покрывающие и вмещающие вскрышные породы. Полезные ископаемые и вскрышные породы объединяются понятием горная масса. Разделение пород на полезные ископаемые и вскрышные породы относительно. С прогрессом техники и технологии добычи и переработки многие вскрышные породы начинают использоваться как полезные ископаемые.

Полезные ископаемые различаются:

· Металлические (руды черных, цветных, благородных, радиоактивных, редких, редкоземельных металлов и др.);

· Неметаллические (сырье для химической промышленности и др.);

· Горючие (уголь, горные сланцы, торф и др.);

· Строительные горные породы (известняк, мрамор, гранит, гравий, песок и др.).

Совокупность свойств, определяющих степень пригодности и экономической эффективности использования, называется качеством полезного ископаемого.

Для углей, например, качественными показателями являются: теплота сгорания, зольность, содержание влаги, содержание минеральных примесей, выход летучих газов, содержание серы и т.д. А для руд – процентный состав регламентирующих химических элементов, минералогический состав и другие свойства.

Каждое производство по своему регламентирует качество. Например, при химической переработке угля не регламентируется теплота сгорания и т.п.

Одни качественные показатели относятся к числу главных – полезных, а другие являются вредными. Например, для руд цветных металлов полезные свойства – это содержание извлекаемых металлов, а вредные – содержание мышьяка, сульфидов и т.д.

Качество полезного ископаемого в недрах оценивается кондициями, которые оцениваются на стадиях разведки, проектирования, разработки и эксплуатации месторождений. Отклонение от кондиций оценивается количественными и качественными потерями.

Количественные потери характеризуются уменьшением объема кондиционного полезного ископаемого вследствие оставления его в недрах, отнесения к вскрышным породам, просыпания при погрузке и транспортировки и др.

Качественные потери характеризуют степень примешивания к кондиционному полезному ископаемому при ведении горных работ пустой породы или некондиционного полезного ископаемого.

Шкалы крепости горных пород и классификации.

При ведении горных работ горные породы подразделяются на: скальные, полускальные, плотные, мягкие, сыпучие, разрушенные, которые характеризуют их различными горно-технологическими свойствами – крепостью, абразивностью, твердостью, контактной прочностью, сопротивляемостью разрушению, буримостью, взрываемостью и др. Совокупность физических и горно-технологических свойств горных пород принято называть физико-технологическими свойствами пород. Некоторые из них используются для выбора параметров расчета производительности горных машин, определения производственной мощности предприятия, планирования ведения работ, нормирования труда горнорабочих. С этой целью применяют классификации горных пород по различным их свойствам.

На различные процессы горного производства физико-технологические свойства горных пород влияют неодинаково. Так, например, на сопротивляемость горных пород разрушению основное влияние оказывают их крепость (таблица 2.1), прочность при сжатии, сдвиге и растяжении. Износ породоразрушающего инструмента зависит от твердости породообразующих минералов.

Шкала МООСА:

Тальк – 1

Галит (соль) – 2

Кальций – 3

Плавиковый шпат – 4

Апатит – 5

Кварц – 7

Корунд – 9

Алмаз – 10

Лекция 3

Тема: Способы подготовки горных пород к выемке. Технологические требования к качеству взрывного рыхления пород. Виды бурения.

Процесс подготовки горных пород к выемке является основным процессом в технологии разработки их, от которого зависит производительность горнотранспортного оборудования, безопасность ведения горных работ и, в конечном счете, затраты на разработку.

При выборе эффективной технологии подготовки горных пород к выемке необходимо учитывать свойства массива и качество подготовленной горной массы.

С технологических позиций подготовки горных пород к выемке их можно разделить на две группы:

1. Породы, которые можно разрабатывать механическими или гидравлическими способами без предварительного рыхления (глина, суглинки, супеси, мягкие угли, выветренные изверженные и метаморфические породы, мел, глинистые руды).

2. Породы, для выемки которых необходимо предварительное рыхление (глинистые и песчанно-глинистые сланцы, песчаники, железные руды, гипс, каменная соль, каменные и бурые угли, известняки, кварциты, граниты, базальты).

Подготовка горных пород к выемке в зависимости от свойств массива может включать:

- в мягких породах при сильной обводненности – осушение той части массива, которая является непосредственным объектом текущей разработки;

- в полускальных и скальных породах – рыхление механическим или взрывным способом.

В зимнее время возникает необходимость предварительного рыхления мерзлоты рыхлителями, либо бурения и взрывания (сетка бурения и глубина скважин на величину промерзания).

Подготовка скальных и полускальных пород к выемке должна обеспечить:

- необходимую степень дробления горных пород при сохранении сортности и качества полезного ископаемого и полное разрушение массива взрываемого блока;

- соответствие размеров и формы развала параметрам конкретного комплекта оборудования технологического потока;

- объем горной массы в забое достаточный для бесперебойной и производительной работы выемочно-погрузочного оборудования;

- экономичность и безопасность ведения горных работ.

1. Степень дробления для конкретного комплекта оборудования определяется исходя из высокопроизводительной работы всего технологического потока, принимая во внимание, что затраты на БВР составляют до 40% от всех затрат. При этом степень дробления следует принимать минимальной, потому что увеличение степени дробления увеличивает затраты на процесс подготовки горных пород к выемке.

Экспериментальные исследования показывают, что производительность выемочно-погрузочных машин с шириной ковша В от минимума до максимума находится в интервале

2. Размеры в плане развала взорванной горной массы должны быть минимальными. Это уменьшает ширину рабочей площадки (сокращает время на перегон вспомогательного оборудования), размер которой существенно влияет на горно-капитальные работы.

3. Объем горной массы в забое определяется из условий бесперебойной работы выемочно-погрузочного оборудования. Однако, с учетом параметров работы бурового и зарядного оборудования, принятого режима взрывных работ, запас взорванной горной массы в забое должен превышать производительность выемочно-погрузочного оборудования за период между взрывными работами.

4. С точки зрения безопасности, развал взорванной горной массы не должен превышать высоты черпания экскаватора.

Современное развитие технологии взрывного рыхления позволяет управлять энергией взрыва для получения необходимого состава горной массы по крупности и степени разрыхления, оптимального для конкретного комплекта оборудования, обеспечивающего его максимальную производительность.

Виды бурения.

Бурение скважин в массиве горных пород производится буровыми станками, различными по принципу действия, диаметру, бурового снаряда и производительности. Условия их применения определяются свойствами массива, объемом буровых работ и параметрами взрывных скважен.

Различают следующие виды бурения:

- Вращательное бурение. Бурение скважин производится коронками в породах крепостью f£ 2÷ 8 за счет осевого усилия и вращения. Удаление буровой мелочи осуществляется шнеком.

- Шарошечное бурение. Шарошечные станки по принципу действия относятся тоже к вращательным, но разрушение породы в скважине происходит в результате раздавливания в местах контакта поверхностного слоя зубками головки рабочего органа станка – шарошечного долота. Бурение в породах крепостью f> 14.

- Ударно-вращательное бурение. Применяется для бурения пород средней и выше средней крепости f=18. (СБУ-125; СБУ-160; СБУ-200). Рабочим органом станков являются пневмоударники. Сжатый воздух поступает от компрессора по полой штанге к пневмоударнику.

- Термическое (огневое) бурение. Термическое бурение используется в крепких, как правило, кварцесодержащих монолитных породах с f£ 20. Разрушение породы происходит в результате практически мгновенного нагрева тонкого поверхностного слоя ее в забое скважины от высокотемпературной струи газов (до 3200º С), выходящей из сопла горелки рабочего инструмента со сверхзвуковой скоростью (около 2000 м/сек.). В результате термических напряжений от расширения порода в этом слое разрушается и, отделяясь от массива, струей газов выносится из скважины. Для создания такой температуры используется горючее – керосин или дизельное топливо; окислители – кислород, азотная кислота или сжатый воздух.

- Ударно-поворотное бурение. Очень мало применялось, а сейчас на горных работа не применяется вообще. Принцип ударно-поворотного бурения: поднимается буровой снаряд (1200 – 2800 кг) на канате и с высоты 1 – 1, 5 м свободно опускается. При ударе долото снаряда разрушает породу в забое скважины. В момент подъема канат раскручивается, поворачивая буровой снаряд на некоторый угол, а в момент контакта с породой свободно провисающий канат вновь скручивается, поворачивая концевое крепление в замке буровой штанги, затем в скважину подается вода, которая образует шлам, который и вычерпывается.

Лекция 4

Тема: Буримость горных пород. Буровые станки и технология бурения взрывных скважин. Буровой инструмент.

Буримость горных пород.

Цель бурения – создание в породном массиве скважин и шурфов. Бурение скважин – трудоемкий и дорогостоящий процесс, особенно в скальных и трудноразрушимых породах.

Эффективность бурения взрывных скважин определяется скоростью бурения, которая зависит от:

- сопротивления породы разрушению под действием бурового инструмента (основной фактор);

- вида и формы бурового инструмента, способа его воздействия на забой скважины (вращательное; ударно-вращательное и пр.);

- усилий и скорости воздействия бурового инструмента на забой скважины;

- диаметра скважины и ее глубины;

- способа, скорости и эффективности удаления из забоя скважины буровой мелочи, препятствующей разрушению породы.

Все перечисленные факторы определяют технологические параметры буровых станков, которые выбирают в соответствии с буримостью данной породы. Буримость породы зависит от бурового инструмента и других факторов, т.к. они определяют условия разрушения породы в забое скважины, характер развиваемых сминающих и скалывающих усилий, крупность и форму отделяемых от забоя частиц породы.

В качестве физико-технической основы сопоставления пород по буримости (зависящей только от свойств пород) принимается относительный показатель трудности бурения П_σ, устанавливаемый из следующих предпосылок:

1. Решающим фактором при разрушении породы посредством бурения являются предельные значения сопротивления пород различным видам напряжений П_а при сжатии σ _сж., сдвиге σ _сдв.. Сопротивление пород растягивающим усилиям σ _раст. для бурения можно не учитывать. При ударном бурении преобладает разрушение от усилий сжатия, при вращательном – от усилия скола. При относительной оценке пород по трудности бурения степень участия в разрушении сжимающих и скалывающих усилий можно принимать равной.

2. При определении скорости бурения трещиноватость породного массива можно не учитывать (она учитывается при определении показателей прочности породы по образцам).

3. Так как разрушение возможно только при постоянной очистке скважины от буровой мелочи, необходимо учитывать при оценке буримости плотность породы ν (кг/м³).

При указанных предпосылках П_σ (показатель трудности бурения) может быть определен из эмпирического выражения

П_σ=0, 07·(σ _сж.+σ _сдв.)+0, 7ν.

где ν – плотность породы, т/м³;

σ _сж – предел прочности горной породы на сжатие;

σ _сдв. – предел прочности горной породы на сдвиг.

Все горные породы в соответствии с величиной П_σ классифицируются на 25 категорий по буримости с подразделением их на 5 классов:

I класс – легкобуримые (П_σ=1÷ 5), категории 1 – 5;

II класс – средней трудности бурения (П_σ=5, 1÷ 10), категории 6 – 10;

III класс – труднобуримые (П_σ=10, 1÷ 15), категории 11 – 15;

IV класс – весьма труднобуримые (П_σ=15, 1÷ 20), категории 16 – 20;

V класс –исключительно труднобуримые (П_σ=20, 1÷ 25), категории 21 – 25;

Породы с показателем П_σ> 25 относятся к внекотигорийным.

Использование показателя упорядочивает и облегчает технологические расчеты буровых установок, их мощности, режима и технической скорости бурения в конкретных горно-геологических условиях.

Лекция 5

Тема: Взрываемость горных пород. Методы взрывных работ. Вторичное дробление. Параметры взрывных скважин. Механизация заряжения скважин.

Степень дробления породы взрывом зависит, прежде всего, от ее сопротивления действию взрыва, что характеризуется удельным расходом взрывчатого вещества (ВВ), g (кг/м³), для достижения заданного эффекта дробления.

Аналитический расчет удельного расхода ВВ невозможен, т.к. математическое описание анизатропных физико-технических характеристик породы и технологических условий взрывания, влияющих на сопротивление породы взрыву, крайне сложно. Вместе с тем, многочисленные наблюдения, их анализ и производственный опыт дают возможность относительной оценки сопротивления пород взрыванию.

Отправным для относительного расчета удельного расхода ВВ являются следующие условия:

1. Энергия ВВ (а, следовательно, и его расход) при дроблении породы в массиве затрачивается на создание новых поверхностей с преодолением пределов прочности породы при сжатии σ _сж., сдвиге σ _сдв., и растяжении σ _раст.. Эти пределы устанавливаются механическими испытаниями образцов пород. Доля участия сжимающих, сдвигающих и растягивающих напряжений в дроблении при различных видах и условиях взрывания неодинаковы. Для относительной оценки взрываемости пород допустимо принять их участие одинаковым. При этом функция удельного расхода ВВ имеет вид:

2. Расход энергии ВВ на дробление породы пропорционален площади вновь создаваемых взрывом поверхностей. В свою очередь, они пропорциональны степени дробления n, т.е. отношение средних линейных размеров отдельности (куска) в массиве l_ср. и куска взорванной породы d_ср.. При этом функция удельного расхода ВВ имеет вид:

3. Энергия ВВ затрачивается также на преодоление силы тяжести и придание кускам взорванной породы кинетической энергии. Эти затраты пропорциональны плотности породы ν. При этом функция удельного расхода ВВ имеет вид:

4. Для сопоставимости результатов взрывов и исключения влияния дополнительных факторов на показатель трудности взрывания данной породы необходимы эталонные условия взрывания. В качестве эталона принят взрыв на дробление 1 м³ монолитной породы при наличии шести открытых поверхностей с расположенным в центре зарядом и при степени дробления породы n=2. В результате взрыва получается (условно) 8 кубиков и создаются новые поверхности с S=6 м². При соблюдении указанных условий эталонный удельный расход эталонного ВВ (г/м³) определяется из эмпирического выражения:

g₂=k₁(σ _сж +σ _сдв +σ _раст.)+ k₂∙ ν ∙ g,

где k₁ и k₂ – эмпирические коэффициенты;

ν – плотность породы.

Эталонный удельный расход ВВ для большинства взрывов горных пород изменяется от 10 до 100 г/м³, достигая в особых случаях для некатигорийных пород большей величины. При эталонных условиях взрывания решающее значение имеет сопротивление пород растяжению σ _раст. из-за наличия у куба шести открытых поверхностей. Однако, для относительной оценки взрываемости пород в соответствии с общими положениями метода целесообразно использовать в качестве критерия сумму показателей прочности пород σ _сж, σ _сдв и σ _раст.. В соответствии с изложенным все горные породы по трудности дробления взрывом (по величине эталонного удельного расхода ВВ) могут быть разделены на 5 классов и 25 категорий:

I класс – легковзрываемые (g_э≤ 10 г/м³), категории 1 – 5;

II класс – средней взрываемости (g_э=20, 1÷ 40 г/м³), категории 6 – 10;

III класс – трудновзрываемые (g_э=40, 1÷ 60 г/м³), категории 11 – 15;

IV класс – весьма трудновзрываемые (g_э=60, 1÷ 80 г/м³), категории 16 – 20;

V класс –исключительно трудновзрываемые (g_э≥ 80 г/м³), категории 21 – 25;

Показатель эталонного удельного расхода ВВ базируется на объективных характеристиках породы (ν, σ _сж., σ _сдв., σ _раст.), подлежащих экспериментальному определению. Эталонный удельный расход ВВ используется не только для классификации горных пород по степени трудности их дробления взрывом. Он является также основой для предварительного выбора технологии взрывания и расчета проектного удельного расхода ВВ.

Методы взрывных работ.

1. Метод скважинных зарядов. Для разрушения массива применяют вертикальные и наклонные скважины ø 100÷ 400 мм расширяемые на железнорудных карьерах огневым способом до 600 мм. Это основной метод взрывных работ.

2. Метод шпуровых зарядов. Для взрывания применяют вертикальные, наклонные или горизонтальные шпуры ø до 75 мм и глубиной до 5 м. Этод метод применяется на карьерах для вспомогательных работ.

3. Метод котловых шпуровых и котловых скважинных зарядов. Шпуры и скважины предварительно простреливаются небольшими зарядами для создания емкости в скважине с целью увеличения их для размещения большего количества ВВ в скважине.

4. Метод камерных зарядов. Сосредоточенные заряды большой массы, от нескольких до 1000 тонн, размещаются в камерах. Метод применяют, в основном, для взрывания на выброс и сброс при строительстве плотин, дамб, каналов.

5. Метод малокамерных зарядов (рукавов). Заряды размещаются в горизонтальных углублениях сечением 30х30 см и глубиной до 3 м для взрывания небольших уступов. Метод применяется редко при отсутствии бурового оборудования.

6. Метод наружных (накладных) зарядов. Заряды укладываются на разрушаемые объекты (негабариты, козырьки уступов и т.п.).

Вторичное дробление.

Из-за недостаточного учета свойств взрываемого массива при расчете параметров БВР или низкого качества взрывания во взорванной горной массе образуются крупные куски пароды, которые затрудняют работу вспомогательного грузочного оборудования, снижают производительность, приводят к авариям. Их называют производственными негабаритами. Негабариты раскладываются по рабочей площадке и подвергаются вторичному дроблению.

Способы вторичного дробления.

1. Механический способ – гидравлический бутобой.

2. Взрывной способ.

3. Электрофизический способ.

1. Гидравлические бутобои оборудуются на базе гидравлических экскаваторов малых моделей, эффективно используются для разрушения негабаритов в полускальных осадочных пародах.

2. При взрывном способе заряд ВВ: помещают в шпуре ø 32 – 36 мм с забойкой из песка или воды; или на поверхности куска (накладной заряд ВВ с удельным расходом 2, 5 – 3 кг/м³ располагают слоем 3 – 5 см и присыпают песком); в другом случае заряд с удельным расходом 0, 3 – 0, 6 кг/м³ помещают в полиэтиленовый мешок с водой; и, наконец, используют специальный кумулятивный заряд ЗКП и ЗКН с массой 0, 1 – 4 кг. Благодаря практической несжимаемости жидкости использование воды в качестве забойки позволяет уменьшить разлет кусков при взрывании.

3. При электрофизическом способе предусматривается нагрев отдельного участка негабарита электрической дугой или токами высокой частоты. Вследствие увеличения объема нагреваемой зоны негабарит разрушается от механических напряжений.

Параметры взрывных скважин.

К основным параметрам скважин относятся: глубина, ø и угол наклона скважины. От этих параметров, а также типа и плотности ВВ, размеров сетки скважин на уступе и порядка взрывания зависит масса заряда, вместимость 1 n/м скважины, выход взорванной горной массы с 1 n/м скважины и конструкция заряда.

Глубина скважины L_с (м) определяется высотой взрываемого уступа H_у, углом наклона скважины к горизонту β и величиной перебура скважины L_п ниже отметки подошвы уступа.

L_с= H_у/sinβ + L_п.

По величине β различают горизонтальные, наклонные и вертикальные скважины.

Горизонтальные скважины используются очень редко.

Наклонные скважины бурят по углу от 60 до 75°. При взрывании наклонных скважин, когда β =α, где α – угол откоса уступа, β – угол наклона скважины, сопротивление породы взрыванию постоянно по всей высоте уступа отрыв обычно происходит по линии скважин, улучшается степень дробления, хорошо прорабатывается подошва уступа, расход ВВ может быть снижен на 5 – 7%.

Перебур скважины необходим для качественной проработки пород в подошве уступа и составляет L_п=(10÷ 15)d_с, где d – диаметр скважины. Перебур скважины не допускают если нижележащий уступ – полезное ископаемое (во избежание разбрасывания). Диаметр скважины должен обеспечить размещение требуемого заряда ВВ для разрушения заданного объемам породы при установленной его длине L_ВВ.

При расчете диаметра скважины необходимо учитывать расстояние от центра заряда до открытой поверхности, т.е. ЛНС – линию начального сопротивления. От диаметра скважины зависит ее вместимость кг/м.

P=7, 85d_с²Δ,

где Δ – плотность заряжения ВВ в скважине, кг/дм³.

Лекция 6

Тема: Выемочно-погрузочное оборудование и технологические схемы выемки и погрузки. Разрушение и выемка пород резанием, сколом. Область применения.

I. Непосредственная разработка горных пород в карьере, представляющая собой выемку и погрузку в средства транспорта или выемку и перемещение рабочим органом машины в отвал носит название выемочно-погрузочных работ или экскавации горной массы.

Для механизации этого процесса используются разнообразные виды машин, карьерных и универсальных, с различными технологическими и эксплуатационными качествами, применение которых строго определяется конкретными горно-технологическими и природными условиями.

Для разработки мягких вскрышных работ в умеренных климатических условиях при высокой производительности карьера эффективно применение роторных многоковшевых экскаваторов и драглайнов.

Для разработки скальных и полускальных горных пород с предварительным рыхлением в любых климатических условиях применяются механические и гидравлические лопаты, в умеренных климатических условиях – погрузчики и драглайны с большой емкостью ковша.

Все виды машин по принципу действия разделяются на машины непрерывного действия (многоковшовые роторные и цепные экскаваторы, бурошнековые установки и др.) и циклического действия (одноковшовые механические лопаты, драглайны, колесные и гусеничные погрузчики, скреперы и бульдозеры).

По отношению к средствам транспорта машины могут быть разделены на:

- выемочно-погрузочные, которые предназначены для выемки и погрузки горной массы в средства транспорта в забое (мех. лопаты, роторные и многоковшовые экскаваторы, бурошнековые установки и т.д.);

- экскавационные, предназначенные для разработки забоя, перемещения горной массы в ковше на фиксированное конструкцией машины расстояние и разгрузки в отвал (драглайны);

- выемочно-транспортирующие, предназначенные для выемки горной массы и транспортирования ее на экономически целесообразное расстояние (колесные погрузчики, скреперы, бульдозеры).

Экскавационые машины являются определяющими в комплекте горных и транспортных машин технологического потока. Их производительность зависит от подготовки горных пород к выемке и транспортного обслуживания.

Подготовка легких и плотных пород заключается в механическом рыхлении, полускальных и скальных – в разрушении массива с применением БВР для получения горной массы необходимого по крупности состава. Транспортное обслуживание предусматривает сооружение транспортных коммуникаций и ритмичную подачу транспортных средств для перемещения экскавируемой горной массы.

II. Одноковшовые карьерные экскаваторы используются на карьерах как основное вскрышное, добычное и отвальное оборудование. Экскаваторы с ковшом вместимостью более 4 м³ относятся к карьерным. Для них приняты следующие обозначения:

- ЭКГ – экскаватор карьерный гусеничный. Цифры, стоящие после типа экскаватора, обозначают емкость ковша в м³: 5; 8; 10; 12, 5; 15 и т.д. Прямая механическая карьерная лопата используется на выемке и погрузке всех типов пород.

- Драглайн типа ЭШ 20/20 – экскаватор шагающий. 20 м³ – емкость ковша и 20 м – длина стрелы. Применяется, в основном, на горизонтальном и пологом залегании полезного ископаемого для экскавации любых типов пород, проходки траншей, работы на отвалах, погрузки в транспортные средства, как с нижним, так и с верхним черпанием.

- ЭГ – экскаватор (карьерный) гидравлический – прямая лопата. Цифры после ЭГ обозначают емкость ковша.

- ЭГО – экскаватор гидравлический с обратной лопатой. Применяется при черпании ниже уровня стояния и погрузке в транспорт, расположенный как на нижележащем уступе, так и на уровне стояния экскаватора. Буквы АИМСУ, добавленные к названию, обозначают модификацию экскаваторов.

- УС – экскаватор с удлиненным рабочим оборудованием для погрузки транспорта на уровне стояния; У – экскаватор с удлиненным рабочим оборудованием для верхней погрузки. (См. табл.8.1. и т.д. на стр. 232).

Лекция 7

Тема: Технологические параметры многочерпаковых и роторных экскаваторов. Технология выемки пород и параметры забоев многочерпаковых экскаваторов. Экскаваторы с ковшом активного действия, ШБМ.

Первый роторный экскаватор был построен в Германии в 1916 году.

Роторные экскаваторы являются самыми производительными машинами. Их производительность достигает 19000 м³/час по разрыхленной горной массе, высота отрабатываемых уступов от 6 до 55 м и масса от 50 до 13000 т.

В отечественной практике принята следующая градация карьерных роторных экскаваторов по их номинальной теоретической производительности (м³/час):

- Малые, до 630;

- Средние, 630 – 2500;

- Большие, 2500 – 5000;

- Мощные, 5000 – 10000;

- Сверхмощные, свыше 10000.

Рабочий орган экскаватора представляет собой стрелу с роторным колесом ø от 2, 5 до 22 м, с ковшами емкостью до 8 м³ с жестким и гибким днищем. Жесткое днище может быть сплошным и перфорированным. Гибкое днище изготавливается из цепей или, своего рода, кольчуги для предотвращения налипания на него породы.

Принцип работы заключается в снятии стружки ковшами роторного колеса при его вращении и перемещении в вертикальной и горизонтальной плоскостях. При докритической скорости вращения роторного колеса (до 5 м/сек) порода, при достижении ковшом верхнего сектора, под действием собственного веса скатывается на конвейер стрелы, расположенной сбоку роторного колеса, а с него, через перегрузочное устройство, на конвейер погрузочной консоли. При сверхкритической скорости вращения роторного колеса, когда центробежные силы затрудняют гравитационную разгрузку ковшей, конструкцией колеса предусматривается принудительная разгрузка.

Экскаваторы больших моделей для уменьшения потери времени на передвижку в забое имеют выдвижную стрелу, которая обеспечивает отработку забоя на 20-30 м с одного положения. Экскаваторы с жестко закрепленной стрелой после отработки забоя на величину радиуса колеса, обеспечивающего эффективное наполнение ковшей при экскавации, должны перемещаться на это расстояние к забою для проведения следующего цикла.

Роторные экскаваторы имеют различные конструкции гусеничного хода от 2-х до 4х опорной системой (в зависимости от массы экскаватора).

По конструкции разгрузочного устройства различают три основных типа роторных экскаваторов:

1. С разгрузочной консолью, расположенной на поворотной платформе экскаватора и имеющей ось поворота, совпадающую с осью поворота верхней части экскаватора;

2. С разгрузочной консолью, расположенной на нижней раме экскаватора;

3. С отдельно расположенным разгрузочным устройством, связанным с экскаватором телескопическим соединительным мостом.

Параметры роторных экскаваторов и технология разработки забоя зависят от горнотехнических условий карьера, вида транспорта в комплексе и его конструктивных параметров.

Основными технологическими параметрами роторных экскаваторов являются:

- максимальный радиус черпания R_ч_max;

- минимальный радиус черпания R_ч_min;

- радиус разгрузки R_р;

- максимальная высота разгрузки H_р_max.

12 3 4 5 6 7 8 Следующая ⇒