Лекция № 14 Экскавируемость разрушенных горных пород

<21 22 232425 26 27 >

Наиболее типична для карьеров выемка взорванных пород, при этом забоем является поверхность развала. Экскавация осуществляется обычно по блокированной схеме в нижней части забоя.

Касательное усилие и К_F, а следовательно, и требуемое усилие экскаватора (у мехлопаты подъемное) зависит в первую очередь от степени связности и кусковатости взорванной породы, а также от плотности и прочности породы в куске. С уменьшением коэффициента разрыхления Кр от1.4 – 1.5 до 1.05 величина К_F увеличивается с 0.05 –0.1 до 0.7 – 0.9 МПа. С увеличением и dср (при Кр = const) пропорционально растет и К_F.

Относительный показатель трудности экскавации разрушенных пород определяется по эмпирической формуле

Пэ.р = К₃(А + 10А/К⁹р ), (14.1) где А = 10^-2 gdcр + Gсдв , dcр – средний размер кусков породы в развале, м; -- в кг/м³; g – в м/с²; Gсж – в МПа ; К₃ – эмпирический коэффициент.

Аналогично горным породам в массиве по величине Пэ.р разрушенные породы разделяют на пять классов (табл. 14.1),где вместо Пэ.м фигурирует Пэ.р.

Таблица 14.1 Классификация горных пород в массиве по экскавируемости

Экскавация связных крупновзорванных скальных пород (Кр 1.05; dср> 50 см; 3т/ м³ ) механической лопатой в ковшом емкостью 3—5 м³ происходит в режиме близком к стопорному. При выемке связно-сыпучих и сыпучих взорванных пород предотвращение стопорение ковша достигается уменьшением глубины его внедрения в забой.

От глубины внедрения ковша зависит скорость черпания Vч и высота черпания hч, необходимая для наполнения ковша. Фактическая высота черпания мехлопатой сыпучих и связно-сыпучих пород меньше расположения ее напорного вала.

Черпание в нижней части развала сопровождается периодическим обрушением породы их средней и верхней частей забоя в результате хрупкого разрушения при переходе в состояние предельного равновесия вследствии подработки. Обрушение средней и верхней частей забоя ведет к созданию навала хорошо разрыхленной породы (Кр = 1.4—1.6) в нижней части забоя, что позволяет увеличить глубину черпания, а следовательно, сократить его высоту и продолжительность. Средняя скорость обрушения vc = 4—5 м/с v

Vmax достигает 10 м/с . Соотношение объемов обрушения Vо и подработки Vп называется показателем обрушения взорванных пород:

о = Vо/Vп = (Нз –hч)/(К`рhч), (14.2) где Нз – высота забоя (развала) в зоне черпания, м; hч – высота черпания (подработки) взорванной породы, м; К`р = Кр.в/Кр.н – коэффициент относительного разрыхления породы в верхней части развала Кр.в по сравнению с нижней его частью Кр.н.

С увеличением высоты забоя возрастает о и уменьшается время черпания. При Нз = const зависит в основном от степени связности взорванных пород, резко возрастая с ее уменьшением.

2. Технологическая оценка основных видов выемочного оборудования

Выемка и погрузка, как правило, производится одной машиной или одним комплексом машин. В практике открытых горных работ используют различные виды выемочного оборудования с широким диапазоном технологических качеств.

Удельный вес затрат на выемочно-погрузочные работы в общих затратах на открытую разработку составляет 15—40%.

Карьерные выемочные машины по принципу действия разделяются на оборудование цикличного и непрерывного действия, а по функциональному признаку – на выемочно-погрузочные и выемочно-транспортирующие машины.

К выемочно-погрузочным машинам относятся все экскаваторы, а к выемочно-транспортирующим – скреперы и бульдозеры. Одноковшевые погрузчики в зависимости от выполняемых функций относятся к выемочно-погрузочным или выемочно-транспортирующим машинам.

К оборудованию цикличного действия относятся одноковшовые экскаваторы (лопаты, драглайны) и выемочно-транспортирующие машины, а к оборудованию непрерывного действия – многоковшевые экскаваторы (роторные, цепные) различного рода гребковые машины и др. (табл. 14.2).

Техническая возможность и эффективность использования того или иного вида выемочного оборудования определяются, в первую очередь, экскавируемостью пород, а также типом разрабатываемых месторождений, способом выемки (валовой или раздельной), механизацией смежных процессов (подготовка пород к выемке и транспортирование), климатическими условиями и другими факторами.

Колесные скреперы экономичны при выемке мягких и механически разрыхляемых плотных и полускальных пород (Пэ < 3) при дальности транспортирования до 2 – 3 км. В настоящее время они применяются при разработке строительных горных пород и россыпей, а также на вспомогательных работах. Большегрузные скреперы могут успешно применяться на вскрышных работах и в мощных карьерах, особенно в период строительства. Недостатки скреперов: сезонность выемки мягких пород, сравнительно небольшой срок службы, резкое снижение производительности с увеличением длины транспортирования, кусковатости (более 40 см) и обводненности (более 10—15%) экскавируемых пород.

Бульдозеры, характеризующиеся мобильностью, маневренностью, высокой проходимостью и простотой конструкции, широко используются на вспомогательных работах. В качестве выемочных машин применяют при разработке россыпей, строительных горных пород и сложноструктурных залежей. Эффективность бульдозерной выемки ограничивается экскавируемостью пород (Пэ> 5 при мощности бульдозера до 180 кВт) и расстоянии перемещения 100—200 м.

Таблица 14.2 Максимальные показатели применяемого выемочно-погрузочного оборудования

Одноковшовые погрузчики имеют высокую мобильность, небольшие размеры, меньшую металлоемкость на 1 м³ емкости ковша и в 1.5 – 2 раза меньшую стоимость по сравнению с экскаваторами той же производительности. Погрузчики с грузоподъемностью ковша до 40 т эффективны при выемке мягких и разрушенных пород (Пэ 5) и их перемещении на расстояние до 80 – 700 м на карьерах производственной мощностью 1 -5 млн. т/год.

Прямые механические лопаты верхнего черпания характеризуются высоким усилием копания (до 0.3-0.5 МПа), большим числом типоразмеров (емкость ковша Е = 0.25 – 100 м³ и более) и прочностью рабочего оборудования. Это обуславливает возможность эффективного применения их для выемки мягких, плотных и разрушенных пород (Пэ 8) с последующей погрузкой в транспортные средства в различных горных, климатических и гидрогеологических условиях. В стопорном режиме прямыми лопатами можно вести выемку пород практически любой экскавируемоcти. Основной недостаток мехлопат – прерывистость (цикличность) рабочего процесса: на собственно экскавацию (черпание) затрачивается лишь 20 – 30% общего времени цикла. Увеличение же мощности экскаватора ведет к резкому росту его массы. Этот недостаток менее характерен для лопат с гидравлическим приводом, созданных в настоящее время.

Драглайны благодаря гибкой подвеске рабочего органа обеспечивают большую дальность перемещения породы. Это выемки и перевалки мягких и разрушенных пород (Пэ 6) в выработанное пространство, возведение насыпей, проведение траншей. Нижнее черпание позволяет разрабатывать драглайнами обводненные породы и подводные участки. Широко применяются драглайны для вторичной перевалки пород на отвалах, а также на вспомогательных работах (зачистка, проведение канав и др.). Поскольку напорное усилие у драглайнов отсутствует, эффективность выемки разрушенных пород (по кусковатости и связности) зависит от массы и емкости их ковшей. При увеличении емкости с 6 до 15 м³ область применения драглайнов по экскавируемости пород расширяется с Пэ = 4 до Пэ =6.

Цепные многоковшовые экскаваторы используют для выемки мягких и плотных пород (Пэ< 3). Вследствии этого выемка сезонная даже в районах с мягким климатом. Достоинства: высокая удельная производительность на 1 т массы экскаватора (на 20 – 30% выше, чем у одноковшовых), большая высота уступа, непрерывность и безударность загрузки транспортных средств, что позволяет снизить коэффициент тары вагонов, а также широко применять высокопроизводительные ленточные конвейеры. Недостатки: использование рабочего органа для перемещения породы по забою до пункта разгрузки, что обуславливает большой износ направляющих устройств и ковшей цепи, увеличивает энергоемкость процесса и снижает развиваемое усилие копания.

У роторных экскаваторов разделение функции выемки и транспортирования породы снижает по сравнению с цепными массу экскаватора на единицу производительности, позволяет увеличить усилие копания до 1.0 – 2.1 МПа и уменьшить расход электроэнергии. Повышение усилия копания и широкий диапазон регулирования толщины стружки позволяют экскавировать плотные и слабые мерзлые породы (Пэ < 10). Эффективно осуществляется роторными экскаваторами раздельная выемка. 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 экскавируемых влажных и вязких глин.

3. Общие сведения о производительности выемочных машин

Производительность карьерных выемочных машин является одним из важнейших технико-экономических показателей открытых горных работ. Она определяет требуемый парк выемочного оборудования и в большой степени влияет на производительность и требуемый парк транспортного оборудования, производительность труда горнорабочих и затраты на производство горных работ. Целесообразно различать паспортную, техническую, эффективную и эксплуатационную производительность машин.

Паспортная производительность Qп (в литературе она называется также теоретической производительностью) зависит только от конструктивных факторов: мощности двигателей, линейных размеров выемочного оборудования, расчетных объема и формы экскавирующего органа (ковша, лемеха и т. д.), кинематической схемы и расчетно-конструктивных скоростей движения рабочего органа. Паспортная производительность соответствует выемке при определенных технологических ограничениях расчетной (паспортной) породы, у которой действительный показатель трудности экскавации П`э равен паспортному показателю трудности экскавации пород Пэ.п (П`э = Пэ.п)

В общем виде паспортная производительность выемочных машин (м³/ч)по разрыхленной породе

Qg = Еnп (14.3) где Е – расчетная емкость экскавирующего органа (чаще всего ковша), м³; nп – конструктивное число разгрузок экскавирующего органа (или ряда их) в час.

Паспортная производительность всех выемочных машин цикличного действия (скреперов, бульдозеров, одноковшовых погрузчиков и экскаваторов)

Qп = Еnп = (3600/Тц.п) Е, (14.4) где Тц.п – паспортная продолжительность рабочего цикла машины, с.

Паспортная производительность является основой определения других категорий производительности и служит для сравнения отдельных видов и типоразмеров машин между собой.

Техническая производительность Qт является наибольшей возможной часовой производительностью выемочной машины при непрерывной ее работе в конкретных горнотехнических условиях – при конкретных экскавируемых породах, видах и типоразмерах средств механизации смежных производственных процессов (в первую очередь транспортирования) и параметрах забоев.

В общем виде техническая производительность выемочных машин (м³/ч)

Qт = Qп Кп Кз или Qт = (3600/ Тц.п) Е Кп Кз (14.5) где Кп – коэффициент влияния экскавируемой породы; Кз – коэффициент влияния параметров забоя (коэффициент забоя).

Коэффициент Кп характеризует изменение числа разгрузок экскавирующего органа (или ряда их) по сравнению с паспортным показателем nп и использовании расчетной емкости ковшей в зависимости от трудности экскавации, перемещения и разгрузки породы. Изменение числа разгрузок ковшей (продолжительность цикла экскавации) происходит в следствии изменения скорости движения (вращения) рабочего органа (т. е. скорости черпания породы), площади поперечного сечения стружек, длины стружек (пути черпания) и скорости разгрузки породы. В зависимости от типа экскавируемой породы изменяются отдельные или одновременно все указанные параметры. Использования расчетной емкости ковшей зависит от степени их наполнения, разрыхления породы в ковшах и прилипания (примерзания) породы к стенкам рабочего органа.

Коэффициент Кз учитывает влияние типа забоя, его параметров (высоты и ширины забоя и длины забойного блока) и способа отработки забоя, условий разгрузки породы (в отвал, в различные виды и типоразмеры транспортных средств) на продолжительность погрузочно-разгрузочных операций и наполнения ковша, а также потери времени на вспомогательные операции, сопутствующие отработке забоя (забойного блока).

При установлении технической производительности выемочных машин цикличного действия нередко затруднительно выделение и количественное определение коэффициентов влияния экскавируемой породы Кп и забоя Кз. Поэтому при приближенном определении технической производительности (м³/ч) этого оборудования часто целесообразно учитывать влияние указанных выше горно-геологических и технологических факторов на продолжительность отдельных операций и в целом рабочего цикла выемочных машин и использование расчетной емкости их ковшей. При этом формула (14.5) в общем случае будет иметь вид

Qт = (3600 Е/Тц) (Кн.к/Кр.к) Кт.в = (3600 Е/Тц) Кэ Кт.в (14.6) где Тц - минимальная продолжительность рабочего цикла выемочной машины в конкретных горнотехнических условиях, с; Кн.к – коэффициент наполнения ковша; Кр.к – коэффициент разрыхления породы в ковше; Кэ – коэффициент экскавации; Кт.н – коэффициент влияния технологии выемки.

Коэффициент Кт.н – учитывает время вспомогательных операций, выполняемых наряду с основными операциями выемки и перемещения породы.

Техническая производительность необходима для определения эффективной и других видов производительности, а также для оценки эффективности применения данной выемочной машины в конкретных горнотехнических условиях.

Эффективная производительность Qэф является максимальной часовой эксплуатационной производительностью выемочной машины в конкретных горнотехнических условиях. Она учитывает изменение продолжительности основных и вспомогательных операций по сравнению с расчетными их значениями из-за неоднородности экскавируемых пород, изменения параметров забоя, ручного управления машиной, а также потери экскавируемой породы и транспортное обслуживание выемочной машины.

В общем виде эффективная производительность (м³/ч) выемочной машины

Qэф = Qт п Кпот Ку Ктр = Qп Кп.ср Кз Кпот Ку Ктр, (17.7) где п – коэффициент, учитывающий несоответствие между фактической трудностью экскавации пород в сложном забое и принятым расчетным показателем П`э;

п = Кп.ср/Кп; Кп.ср – средневзвешенный коэффициент влияния пород в сложном забое (сложенном неодинаковыми по трудности экскавации породами); Кп – коэффициент влияния однородной породы; Ку – коэффициент управления, учитывающий несоответствие паспортных и фактических параметров забоя, квалификацию машиниста и т. д.; Ктр – коэффициент, учитывающий минимальные необходимые простои по транспортным условиям.

Факторы, характеризующие эффективную производительность выемочно-транспортных машин и одноковшевых экскаваторов, проще учитывать при определении продолжительности отдельных операций их рабочего цикла.

При выемке и перемещении пород выемочно-транспортными машинами в большинстве случаев из-за изменения расстояния, условий перемещения и разгрузки породы затруднительно определение их технической производительности. Поэтому целесообразно непосредственно определять эффективную производительность данных машин.

Эффективная производительность в большинстве случаев (в тои числе при использовании данных хронометражных наблюдений) являются основой для определения действительной эксплуатационной производительности выемочных машин.

Эксплуатационная производительность Qэ характеризует объемом работы, который выполняет или реально может выполнять выемочная машина с учетом действительных затрат времени на технические, технологические и организационные работы и перерывы.

В свою очередь, в зависимости от рассматриваемого периода различают эксплуатационную среднечасовую и сменную, месячную и годовую производительность машин.

Эксплуатационная сменная производительность является основой оперативного планирования горных и транспортных работ. Показатели годовой и месячной производительности необходимы для определения потребности карьера в выемочно-погрузочном оборудовании, текущего и перспективного планирования горных работ.

<21 22 232425 26 27 >

Дата добавления: 2016-10-07; просмотров: 8481;