Лекции по "Геологии"

Пример записи: ЭРГ -1600. 40/10. 31 или ЭРШРД 5250. 22/2.

Роторные экскаваторы (рис 5.6.) имеют рабочий орган в  виде роторного колеса диаметром  от 2,5 до 18 м с ковшами, установленными на конце стрелы. При вращении ротора ковши срезают в забое стружку породы и передают ее на конвейер, расположенный на стреле экскаватора сбоку от роторного колеса. Порода, перемещаемая стреловым конвейером. Перегружается на разгрузочный конвейер, а с него – в транспортные средства. Число ковшей на роторе изменяется от 6 до 12. днища ковшей могут быть жесткими или гибкими. Первые применяются для сыпучих грунтов, вторые (цепные лили кольчужные) – для вязких и липких пород. Емкость ковшей изменяется от 300 – 800 до 4000 – 8000 л. Режущая кромка ковша снабжена четырьмя – шестью зубьями, которые армированы твердыми сплавами.

По величине удельного  усилия резания различают с обычным усилием резания (до 0,6 МПа), с повышенным (более 0,7) и высокими усилиями резания (более 1,4 МПа).

По способу разработки забоя различают экскаваторы верхнего черпания (с глубиной копания ниже уровня стояния машины не более ½ диаметра ротора) и нижнего черпания. Максимальная высота черпания, определяющая высоту разрабатываемого уступа достигает при верхнем черпании 50 м и более . Максимальная глубина нижнего черпания роторных экскаваторов составляет 25 м.

Роторные экскаваторы  могут быть неповоротными и поворотными  Неповоротные работают в комплексе  с транспортно-отвальными мостами  и оснащаются железнодорожным ходом. Поворотные экскаваторы имеют гусеничный ход.

Забои роторных экскаваторов

Основные технологические  параметры роторных экскаваторов(рис) – это глубина черпания I_Ч, высота черпания Н_ч, радиусы черпания R_max и R_min, величина выдвижения стрелы l, радиус разгрузки R_P, высота разгрузки максимальная H_{P. max}, высота разгрузки минимальная H_{P. min}, диаметр роторного колеса D.

Высота отрабатываемых подуступов ограничивается максимальным углом наклона стрелы: при верхнем  черпании 27 градусов, при нижнем – 18 градусов. Эти величины указываются в технических характеристиках экскаватора.

Наиболее высокая производительность экскаватора достигается за счет сокращения времени на передвижку экскаватора.

Забой роторного экскаватора (схема 3) обычно располагается с  торца уступа, реже со стороны откоса.

При расположении забоя  с торца уступа экскаватор во время  экскавации стоит на месте, а роторная стрела поворачивается вокруг оси экскаватора  на угол φ = 90^о – 135^о. При этом забой разрабатывается при повороте стрелы  в прямом и обратном направлении. После отработки забоя на ширину заходки экскаватор передвигается вдоль заходки на расстояние, равное величине подачи роторной стрелы на забой. Угол поворота роторной стрелы в сторону уступа φ₁ зависит от высоты уступа и достигает 90^о. Величина поворота роторной стрелы в сторону откоса φ₂ определяется условиями полной отработки забоя в основании уступа и не превышает 45^о – 50^о.

Форма стружки (в плане), снимаемой экскаватором, зависит  от конструкции роторной стрелы. Экскаватор с выдвижной стрелой снимает концентрические стружки (толщина стружки постоянна), при невыдвижной стреле стружка имеет серповидную форму.

Выемка горной массы  из забоя производится роторным экскаватором вертикальными и горизонтальными  стружками (см. схему).

При разработке вертикальными однорядными стружками вначале вынимается стружка толщиной t по всей ширине забоя. После этого, последовательно опускаясь вниз, ротор снимает стружки 2, 3 и 4. Затем ротор перемещается в исходное положение, и цикл повторяется. Такая схема используется при отработке плотных горных пород

Схема разработки вертикальными  многорядными стружками отличается от предыдущей тем, что в этом случае в каждом горизонтальном слое снимается последовательно несколько стружек. Такая схема также применяется в плотных горных породах.

В рыхлых горных породах  применяется схема разработки горизонтальными  слоями сверху вниз с увеличенной глубиной захвата роторным колесом (до 0,7 D). Обычно такая схема используется при отработке фронтальным забоем.

Толщина снимаемой стружки t зависит от мощности экскаватора; у средних экскаваторов она достигает 0,3 – 0,5 м. у мощных до 1 м.

На схеме изображены основные технологические схемы  забоев роторных экскаваторов.

На схемах а и б изображена работа роторного экскаватора с верхним и нижним черпанием без изменения направления вращения роторного колеса в торцевом забое без перегружателя

На схеме д приведена последовательная отработка торцевого забоя роторным экскаватором верхнего и нижнего уступа без перегружателя.

На схеме в приведены параметры торцевого забоя при работе роторного экскаватора без перегружателя. Ширина заходки В (м) определяется минимальным радиусом черпания и рабочим углом поворота экскаватора φ:

В = R_min(1 - cos φ),

 

где φ = 90^о – для экскаватора с поворотной стрелой и φ = 135^о – для экскаватора с поворотным корпусом.

С целью увеличения ширины заходки используют перегружатели, что сокращает затраты и время на передвижку конвейера – схема г.

На схемах е и ж приведена отработка фронтального забоя на всю длину заходки горизонтальными слоями и блоками.

При отработке блоками ширина забоя составляет : В = 2R_minsin φ/2.

Энергоемкость выемки, динамика нагрузок на ротор и удельное сопротивление копанию при выемке, вертикальных стружек на 10 – 30 5 меньше, чем при выемке горизонтальных. Однако выемка вертикальными стружками, особенно плотных глин, приводит к увеличению размера куска экскавируемой породы, что может существенно снизить производительность экскаватора.

Способ выемки также  влияет на коэффициент использования  экскаватора во времени из-за переездов  и перемещения стрелы после выемки каждой стружки. Затраты времени  на эти операции будут различными у экскаваторов с выдвижной и невыдвижной стрелой, а также в различных горно-геологических условиях. Поэтому учитывая кусковатость пород, расход электроэнергии и другие факторы при выборе способа выемки, эффективность каждого способа выемки характеризуется также коэффициентом использования экскаватора во времени k_ч.р.:

 

k_ч.р= t_P/t₀ = t_P/(t_P + t₁ + t₂),

 

где t_P – время полезной работы экскаватора; t₀ – общее время использования экскаватора; t₁ – время вспомогательных операций (зависит только от принятого способа выемки); t₂ – время простоев экскаватора (зависит от условий и организации транспортирования горной массы.

Параметры забоя определяются линейными параметрами экскаватора (длиной роторной стрелы, высотой ее подвески, диаметром ротора и т. д.), а также физико-механическими свойствами разрабатываемых пород.

Роторные экскаваторы  являются совершенными машинами для  раздельной выемки сложных пластов (схема). Они, в отличии от многоковшовых  экскаваторов с многошарнирной ковшовой рамой, не требуют установки дополнительных лебедок и при разработке некрепких бурых углей могут вынимать слой практически любой мощности.

 

Производительность  многоковшовых экскаваторов

 

Теоретическая производительность многоковшовых экскаваторов (в м³/ч) определяется геометрической емкостью ковшей Е и числом разгрузок их n_Р в единицу времени:

 

Q_O = 60En_P/

 

Число разгрузок ковшей цепных экскаваторов определяется скоростью движения цепи V_Ч и ее шагом l : n_Р = V_Ч/l.

 

Число разгрузок ковшей у роторных экскаваторов n_P = n_Ч n_О,

где n_Ч – число ковшей на роторе; n_О – частота вращения роторного колеса, об/мин.

Конструктивно-расчетное  число разгрузок ковшей в минуту указывается в технических характеристиках  экскаваторов.

Техническую производительность экскаваторов (в м³/ч) в целике определяют с учетом коэффициента экскавации. Такие коэффициенты приведены в справочной литературе.

Для нижнего черпания коэффициент наполнения ковшей цепного экскаватора принимается на 10 – 15 % больше, чем для верхнего.

Эксплуатационная производительность многоковшовых экскаваторов зависит от коэффициента использования времени на чистой работе, который при разгрузке на железнодорожный транспорт равен 0,5 – 0,6, на конвейерный - 0,7 - 0, 8, и от числа рабочих часов в год.

Длительность рабочего сезона зависит от горно-геологических условий, климатических, технических и организационных факторов. Такие данные в настоящее время приводятся в справочной литературе.

В период низких температур многоковшовые экскаваторы не работают. Это связано с рядом причин. Это время используется для ремонта и подготовки оборудования для интенсивной работы в теплое время года.

 

Разработка  горных пород гидромониторами

 

Разработка мягких пород  гидромониторами основана на разрушении их струей воды из насадки.

Впервые в России гидромониторная установка была применена в 1867 году для разработки грунта на Восточносибирском золотом прииске.

Разработка забоя обычно осуществляется либо встречными либо попутными забоями (рис 30 из Анистр. рисую сам) Во встречных забоях забоях разработку ведут с образованием вруба в нижней части уступа для обрушения основной массы горной породы. Разрушенная порода насышается водой и самотеком направляется в зумпф, откуда грунтонасосом по трубопроводу транспортируется в гидроотвал.

В попутном забое разрушенная порода транспортируется до зумпфа этой же струей воды.

В Германии предложены схемы  разработки горных пород с встречным  и попутным забоем с направлением пульпы в зумпф по предварительно пройденной траншее.

Гидромониторные струи  разделяют на низко – (до 1 МПа), средне – (1 – 5 МПа), высоко – (5 – 50 МПа) и сверх высоконапорные (более 50 МПа).

На открытых горных работах  промышленное применение получили средненапорные струи с давлением 1,5 – 3 МПа.

На гидромониторах используются насадки диаметром от 52 до 220 мм, которые придают струе нужную форму и размер.

По способу управления гидромониторы могут быть с ручным, дистанционным и программным  управлением, по способу перемещения  – несамоходными и самоходными, имеющими гусеничные или шагающие органы перемещения.

На карьерах используются несамоходные гидромониторы с ручным ГМН – 250С и с дистанционным  управлением ГМД 250, ГМДУ250. Созданы также гидромониторы на шагающем ходу – ГМСШД300, ГМСШД500 с дистанционным управлением.

При выборе мощности насосов рассчитывают необходимый напор Н (м) и расход воды Q (м³/ч):

 

H = h₁ + h₂ + h₃ + h₄ ,

 

где h₁ – напор, необходимый для разработки породы;

h₂ - напор на потери в водопроводе и гидромониторе (0,4 – 0,8 м на 100 м);

h₃ – напор, необходимый на преодоление высоты подъема воды от уровня насосной станции до гидромонитора (разность геодезических отметок);

h₄ - напор, необходимый на преодоление высоты всасывания, принимают 0,4 – 0,6 м.

Расход воды определяется из выражения Q = VQ₁, где V – объем породы, разрабатываемый одним гидромонитором в час; Q₁ – расход воды необходимый для разработки 1 м³ породы воды.

Диаметр насадки (м) определяется по выражению d = √q/(0,769v), где q – расход воды, м³/с; v – скорость струи воды при выходе из насадки гидромонитора, м/см; v = 4,1√h₁.

 

Разработка  горных пород скреперами

 

Скрепер относится к  землеройно-транспортным машинам, совмещающим  процессы выемки породы, перемещения  ее на расстояние до 6 км и укладки  ее в отвал. Он используется в дорожном строительстве и на карьерах для  разработки мягких или полускальных предварительно разрыхленных механическим способом пород. Скреперы выпускаются прицепные и самоходные.