Лекции по "Геологии"

Выработка экскаватора  за единицу времени называется его производительностью.

Техническая производительность драглайнов и механических лопат  зависит от емкости ковша. Длительности цикла и свойств горных пород, которые влияют на длительность операций черпания и наполнения ковша.

Рабочий цикл, как уже отмечалось, складывается из операций наполнения ковша (черпания), поворота на выгрузку, выгрузку породы из ковша и поворота в забой :

 

t_Ц = t_Ч + t_П + t_Р.

 

Время черпания зависит от свойств массива  или горной массы в развале  и режима черпания. Разработка забоя начинается со стороны, расположенной ближе в выработанному пространству. Черпание в массиве мягких пород производится стружкой шириной, равной ширины ковша. В момент черпания во взорванной горной массе с большим захватом следует использовать гравитационное сползание горной массы для самонагружения.

Для увеличения разрыхления  горной массы в забое во время  обмена транспортных сосудов обычно производится дополнительное рыхление ее ковшом с открытым днищем.

Различают теоретическую, техническую и эксплуатационную производительности экскаватора.

Эксплуатационная производительность в течение смены зависит от времени простоев, необходимых на мелкий ремонт, смазку и очистку ковша. Гидравлические экскаваторы практически не требуют времени на смазку вследствие специфичности конструкции и отсутствия канатов.

Также эксплуатационная производительность зависит от организации  транспортного обслуживания.

Расчетные формулы производительности  одноковшовых экскаваторов представляются в следующем  виде.

1 Теоретическая производительность (м³/ч): Q_tt = Eν

2. Техническая (м³/ч) : Q_t = Q_ttk_Э

3. Эксплуатационная (м³/смену): Q_см = Q_tTk_И; Q_Г = Q_см nN,

где Е – емкость ковша, м³, ν – число рабочих циклов в час (ν = 3600/t_Ц), k_Э - коэффициент экскавации (k_Э = k_Н k_Р); k_Н и k_Р – коэффициенты соответственно наполнения ковша и разрыхления породы в ковше; Т – длительность смены, ч; n – число рабочих смен в сутки; N – число рабочих дней экскаватора в году с учетом плановых простоев на ремонт.

Коэффициенты  наполнения ковша обычно приводятся в справочных материалах и колеблются в пределах 0,4 – 1,1.

Коэффициент разрыхления породы в ковше изменяется для мягких пород от 1,2 до 1,4. для скальных – от 1,4 до 1,6.

Коэффициент использования экскаватора в  течение смены k_И = Т/t_P, где

t_P - чистое время работы экскаватора в течение смены., ч.

Обычно t_P составляет от 0,5 до 0,6 при железнодорожном транспорте, 0,75- 0,8 при конвейерном транспорте и 0,8 – 0,95 при автомобильном транспорте.

На действующем карьере  экскаваторный парк определяется исходя из числа выемочных единиц (забоев), плановых объемов горной массы на текущий год.

Средняя фактическая  производительность добычного экскаватора  ЭКГ - 4,6 составляет 1,2 млн. т в год. На вскрышных работах 1,36 млн. т.

Совершенствование организации  работ и методов экскавации на карьере позволяют увеличить годовую производительность экскаваторов на 5 – 8 %.

Основные  факторы, определяющие производительность экскаваторов, можно разделить на конструктивные, горно-геологические и организационно-технические.

К первым относятся размеры оборудования, мощность двигателей, рабочие скорости, кинематические схемы, емкость ковша, усилия на зубья ковша, форма ковша и др. Конструктивные особенности в условиях карьера не могут быть изменены, за исключением емкости ковшей, которые идут в комплекте с некоторыми моделями экскаваторов.

Ко  вторым относятся физико-механические свойства породы, обводненность пород, наличие глины, кусковатость после взрыва, которые оказывают влияние на показатель трудности экскавации.

К третьим  относятся размеры забоя, вид транспорта, организация работ на уступе и в карьере, квалификация машиниста экскаватора и др.

Вспомогательные работы при использовании одноковшовых экскаваторов

К вспомогательным  работам при выемке одноковшовыми  экскаваторами относятся: планировка трассы экскаватора и выравнивание подошвы уступа, очистка ковшей и ходовой части экскаваторов от намерзшей и налипшей породы, обеспечение проходимости экскаватора, зачистка кровли залежи от просыпей и недобора вскрыши, оборка откоса уступа, перемещение кабеля вслед за движущимся экскаватором, доставка запасных частей, мелкий ремонт и смазка машин. Простои экскаваторов из-за  вспомогательных работ достигают 12%.

Для выполнения вспомогательных работ  используются различные приспособления, вспомогательное оборудование и техника. Например, деревянные настилы, лопаты – скребки, надеваемые на ковш экскаватора, бульдозеры, скреперы и пр.

 

 

 

 

 

Выемка машинами непрерывного действия

 

К выемочным  машинам непрерывного действия относятся  многоковшовые экскаваторы, бурошнековые установки, погрузочные машины непрерывного действия, комбайны.

Многоковшовые экскаваторы делятся на цепные и роторные.

Многоковшовые цепные экскаваторы

Многоковшовые цепные экскаваторы применяются  для производства вскрышных и  добычных работ при разработке мягких горных пород. Наиболее благоприятная область применения – разработка песчано-глинистых пород, а также бурых углей с удельным сопротивлением копанию до 0,6. – 0,7 МПа. Цепные экскаваторы, применяемые на горнодобывающих предприятиях, имеют теоретическую производительность от 300 – 400 до 6000 м³/ч, массу – от 200 – 300 до 5000 т.

Основным изготовителем  и потребителем карьерных цепных экскаваторов является Германия. Отдельные  типы цепных экскаваторов изготовлялись  в Чехословакии.

В России цепные экскаваторы  используются редко. Всего в странах  СНГ в настоящее время работает около 40 цепных экскаваторов различных  типов теоретической производительностью 400 – 2000 м³/ч.

 В угольной промышленности  наибольшее применение цепные  экскаваторы нашли на буроугольных разрезах Днепропетровского бассейна, в железорудной промышленности – на Лебединском карьере КМА и Камыш-Бурунском комбинате, при добыче руд цветных металлов и горно-химического сырья – на Верхнеднепровском горно-металлургическом и Подмосковном горно-химическом комбинате.

Цепные многоковшовые  экскаваторы (рис 5.1и 5.2. из кн. Хох.) имеют рабочий орган – ковшовую раму, которая служит для направления цепи с ковшами. Рама одним концом шарнирно закреплена на корпусе, а другой ее конец подвешен к укосине на полиспасах.

Выемка породы в забое  производится ковшами, находящимися во время работы в нижней ветви ковшовой цепи, прижимаемой к забою весом  рамы. Емкость ковшей изменяется от 250 до 4500 литров. Нагруженные ковши поднимают породу к верхнему барабану, огибая который они разгружают ее в бункер (рис 5.2. из Хох.), откуда порода поступает в вагоны или на специальный разгрузочный конвейер. Скорость движения ковшовой цепи от 1,0 до 1,4 м/с, число разгрузок ковшей от 25 до 60 в минуту.

По способу черпания различают экскаваторы верхнего и нижнего черпания, а также комбинированные экскаваторы с двумя черпаковыми рамами для одновременного верхнего и нижнего черпания.

Ковшовая рама может быть жесткой или шарнирной. Первая применяется для валовой, вторая - для раздельной выемки.

У большинства  цепных экскаваторов ковшовые рамы снабжены планирующими звеньями длиной 2 – 6 м для планировки площадок уступов.

Многоковшовые цепные экскаваторы могут быть полноповоротными и неповоротными.

Экскаваторы выпускают на железнодорожном, гусеничном и шагающем ходу. Мощные цепные экскаваторы, применяемые для работы с фронтальным черпанием, главным образом с транспортно-отвальными мостами, чаще всего изготовляют на рельсовом ходу.

Рельсовые пути могут  состоять из трех, пяти, семи и восьми ниток рельсов включая (откаточные пути). Обычно рельсовые пути многоковшовых экскаваторов укладывают на общих шпалах с путями для подвижного состава.

Основные технологические  параметры многоковшовых цепных экскаваторов – это глубина черпания I_Ч, высота черпания Н_ч и длина разгрузочной консоли.

Забои цепных экскаваторов

Различают два  типа забоев цепных экскаваторов –  фронтальный, в котором выемка производится с откоса уступа, и торцевой (См. схемы).

Формы и размеры забоя  определяются конструкцией экскаваторов, размером и профилем ковшовых рам, характером экскавации (валовая или раздельная). Экскаваторы на рельсовом ходу отрабатывают фронтальный забой, т.е. работают с откоса (рис 5.4.а) и обычно производят погрузку в вагоны.. На гусеничном ходу могут отрабатывать также торцевой забой (рис. 5.4.б) и обычно погрузка осуществляется на конвейеры.

Выемку с откоса производят одиночными параллельными стружками, треугольными стружками в широкой  заходке и многорядными параллельными стружками в широкой заходке (рис.5.3. -.5.4) Толщина стружек составляет:

- в мягких породах  – 10 – 15 см;

- в 5 – 8 см в плотных  породах.

При одиночных  параллельных стружках, после каждого хода по всей длине уступа экскаватор смещается на величину равную величине снятой стружке. Для передвижки рельсового пути используется путепередергиватели непрерывного действия, обычно встроенные в экскаватор.

При выемке с откоса уступа треугольными стружками экскаватор устанавливают на расстоянии S = 6 – 8 от верхней бровки. Стружка снимается на всю длину уступа. При этом экскаватор перемещается вдоль уступа туда и обратно до тех пор пока не сработает всю заходку на ширину S и пока планирующее звено не будет установлено горизонтально.

При отработке торцевого  забоя (рис 5.4. б) полноповоротным многоковшовым цепным экскаватором на гусеничном ходу после выемки каждой стружки экскаватор перемещается вперед на расстояние равное толщине снимаемой стружке.

Высота и глубина  черпания многоковшовых экскаваторов колеблется для различных типов  экскаваторов от 5 до 40 м.

Высота уступа принимается  не больше высоты или глубины черпания, а угол откоса уступа – не более  угла естественного откоса.

Для раздельной выемки пластов  сложного строения применяются цепные многоковшовые экскаваторы с  многошарнирными выдвижными рамами (рис. 5.5.).

Многоковшовые роторные экскаваторы

Роторные экскаваторы в отличие от цепных получили большее распространение. Обусловлено это возможностью реализации больших усилий копания и высот уступов, большими значениями КПД, значительно меньшим износом элементов рабочего оборудования, большей универсальностью.

Роторные экскаваторы  в основном используются при производстве вскрышных и добычных работах  на угольных разрезах. Доля добычи угля роторными экскаваторами достигает 50 %. Также роторные экскаваторы используются на марганцевых карьерах и железорудных.

Производительность экскаваторов колеблется от 200 до 19000 м³/час по разрыхленной горной породе, высота отрабатываемых уступов – от 6 до 50 м и масса экскаваторов от 50 – до 13000 т.

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

Малые …………………………………….до 630

Средние……………………………….630 – 2500

Большие……………………………….500 – 5000

Мощные…………………………….5000 – 10000

Сверхмощные………………………свыше 10000

По принципиальным компоновочным  схемам большинство выпускаемых  роторных экскаваторов выполняется  с невыдвижной стрелой, что существенно  упрощает ее конструкцию.

Преобладающий тип ходового оборудования роторных экскаваторов – гусеничный: двухгусеничный и трехопорный многогусеничный. Первый тип ходового оборудования характерен для машин массой до 1000 – 1200 т, второй тип – для более тяжелых машин.

Оригинальный тип ходового оборудования (шагающее – рельсовый) создан на Ново-Крамоторском машиностроительном заводе применительно к экскаваторам массой более 2 – 3 тыс. т.

Обозначение роторных экскаваторов следующее.

Начальные буквы в  обозначении марки экскаватора  обозначают тип экскаватора (ЭР –  роторный), далее тип ходового устройства (ШР – шагающее – рельсовый, или Г – гусеничный, иногда этот индекс опущен); назначение (Д – добычной, В – вскрышной); с повышенным коэффициентом удельного усилия копания на режущей кроме ковша (П). После букв приводится производительность экскаватора (м³/ч) по рыхлой массе, либо емкость ковша в литрах, а после через дробь высота и глубина копания. Если экскаватор имеет выдвижную стрелу, то в конце указывается максимально возможное расстояние выдвижения. Если экскаватор имеет центробежный ротор, то в его маркировку вводится индекс Ц.