Выемочно-погрузочные работы

Технология и механизация выемочно-погрузочных работ для вскрышных и добычных работ рассматриваются отдельно. В этом разделе рассматриваются следующие вопросы:

1. Исходя из физико-механических свойств пород производится определения трудности их экскавации, на основе чего принимается тип выемочно-погрузочной машины.

2. Выбор типоразмера выемочно-погрузочной машины принятого типа производится путем определения производительности и потребного количества машин нескольких типоразмеров. Из условий обеспечения надежности работы соответствующего технологического комплекса (вскрышного или добычного) - с одной стороны, и обеспечения нормальной работы транспорта - с другой стороны, рекомендуется принимать типоразмер с потребным количеством машин от 4 до 10-12 по соответствующему технологическому комплексу.

3. Окончательно рассчитываются эксплуатационные производительности и потребный явочный и списочный состав выемочно-погрузочного оборудования.

4. Приводятся краткие технические характеристики выемочно-погрузочного оборудования.

Потребное число экскаваторов определяется по производительности одного экскаватора и годового объема работ. Годовые объемы работ по добыче и вскрыше задаются в исходных данных.

Расчет производительности экскаваторов производится либо по методике академика Ржевского В.В.[1], либо по соответствующим формулам, приведенным в Типовых технологических схемах [2,3,4].

Для приведения в соответствие классификации трудности экскавации по Ржевскому В.В. и принятому в Технологических схемах, рекомендуется следующее соответствие категорий трудности экскавации (см.табл.1).

Таблица 1. Соответствие категорий трудности экскавации

Категории трудности экскавации
по Технологическим схемам	по В.В.Ржевскому
I II III IV	1 - 5 6 - 10 11 - 15 16 - 20

Классификация пород по трудности экскавации, принятая в технологических схемах [2,3] приведена в таблице 2.

Рекомендуется следующий порядок расчета производительности и требуемого количества экскаваторов (по В.В.Ржевскому [1]).

Порядок расчета.

Различают следующие основные виды производительности экскаваторов:

паспортная;

техническая;

эффективная;

эксплуатационная.

Кроме того, эксплуатационная производительность может быть сменной, месячной и годовой.

Таблица 2. Классификация пород по трудности экскавации

Кате- гория пород	Петрографическая характеристика пород	Плотность горной массы, т\куб.м	Удельное сопротивление черпанию, Н/кв.см	Способ подготовки горной массы к выемке
I	Торф и растительный грунт с корнями диаметром до 30 мм Песок и растительный грунт, смешанный с щебнем или галькой Гравий, галька, щебень размером до 40 мм Алевролиты	1,0-1,2 1,65 1,75 1,5	0,016-0,025 0,03 -0,1 0,03 -0,1 0,03 -0,1	Без предварительного рыхления
II	Торф и растительный грунт с корнями диаметром свыше 30 мм Слабый (мягкий) бурый и каменный уголь Тяжелый плотный суглинок Супесь и суглинок с примесью щебня и гальки	1,4-1,5 1,15-1,45 1,75 1,9	0,125 0,15 0,16 0,18	То же
III	Крепкий бурый и каменный уголь Глинисто-углистый сланец Аргиллит крепкий плитчатый Песчаник глинистый Алевролит крепкий Каменный уголь с прослойками углистых сланцев	1,5-1,75 1,75 1,8-2,2 2,0 2,2   1,8-2,2	0,17 0,22 0,2 0,29 0,29   0,28	С частичным рыхлением взрыванием
IV	Крепкий песчаник на кремнистом и кварцевом цементе Массивный аргиллит Крепкий мраморизированный известняк, плотный доломит	2,3-2,5 2,1-2,3   2,5-2,7	0,32 0,3   0,34	Со сплошным рыхлением взрыванием

Паспортная производительность для одноковшового экскаватора определяется по формуле:

м³/час (35)

где: T_ц.п. - паспортная продолжительность рабочего цикла, сек;

E- емкость ковша экскаватора, м³.

Определение технической производительности экскаватора начинается с определения технической производительности цикла экскавации. Процесс работы одноковшового экскаватора включает три основные составляющие:

черпание - продолжительность t_ч;

поворот ковша от забоя к месту разгрузки и обратно - t_п;

разгрузка ковша - t_р.

Продолжительность цикла экскавации при условии совмещения вспомогательных операций (опускание ковша при черпании и разгрузке, подтягивание и выдвижение рукояти, срабатывание механизма открывания днища ковша и т.п.) с основными, можно определить по следующей формуле:

T_ц = t_ч + t_п + t_р = t_ч + t_п.р., с (36)

где: t_п.р. - суммарная продолжительность поворотно-разгрузочных операций.

Минимальная продолжительность черпания для учебных расчетов может быть определена по формуле:

с (37)

где: П_э.ф.- фактическое значение трудности экскавации;

П_э.п.- паспортное значение трудности экскавации (принимается равным 5);

t_ч.п.- паспортное значение продолжительности черпания породы [1,2,3,4], с;

K_р - коэффициент разрыхления породы (в массиве K_р=1, при выемке из развала K_р=1,3..1,4).

Величину t_п.р. можно определить исходя из значения t_пр.п [1]_:

t_п.р.= t_пр.п + 3, с (38)

Техническая производительность экскаватора, таким образом, может быть определена по формуле:

м³/ч (39)

где: K_э - коэффициент экскавации;

K_т.в. - коэффициент влияния технологии выемки.

Коэффициент K_э определяется как отношение:

(40)

где: K_н.к.- коэффициент наполнения ковша;

K_р.к.- коэффициент разрыхления породы в ковше.

Величины указанных коэффициентов зависят от условий выемки, в частности от того, вынимается порода из массива или развала. Для учебных расчетов величину коэффициента K_э при выемке пород из массива можно принимать от 0,95 - для песка и супесей, до 0,6 - для прочных плотных пород.

При выемке взорванных пород величину K_р.к.можно принимать в размере:

для универсальных строительных экскаваторов - 1,4;

для карьерных мехлопат - 2,0;

для вскрышных мехлопат и драглайнов - 1,7.

Величина коэффициента K_н.к. зависит от размера куска экскавируемой массы и емкости ковша экскаватора. Рекомендуемые значения данного коэффициента приведены в табл.8.3 ,8.4 и 8.5 [1].

Значение коэффициента K_т.в. определяется рядом факторов, главнейшими из которых являются способ взрывной подготовки вынимаемой породы и соотношение емкости ковша и среднего размера куска раздробленной горной массы. Рекомендуемые значения указанного коэффициента приведены в табл.8.6 [1].

Эффективная производительность экскаватора определяется по формуле:

м³/ч (41)

где: h_п - коэффициент, учитывающий несоответствие между фактической трудностью экскавации пород и паспортным значением;

K_пот. - коэффициент, учитывающий потери экскавируемой породы;

K_у - коэфициент управления, учитывающий несоответствие паспортных и фактических условий экскавации а также квалификацию машиниста экскаватора;

K_тр.- коэффициент, учитывающий минимально необходимые простои по транспортным условиям.

Значение h_п для учебных расчетов можно определить по формуле:

(42)

Коэффициент K_пот. можно принимать в пределах от 0,9 до 0,97,т причем большие значения соответствуют выемке пород из массива.

Величина коэффициента K_у зависит от многих факторов, но для учебных расчетов может приниматься в пределах 0,92 - 0,98.

При колесных видах транспорта коэффициент K_тр. практически

полностью определяется коэффициентом снабжения забоя порожняком.

При железнодорожном транспорте K_тр. может приниматься равным 0,6,

при автомобильном - 0,8, при конвейерном - 0,95.

При определении эксплуатационной производительности учитываются потери времени на концевые операции (в начале и конце смены), на время общекарьерных простоев и т.п.

С учетом вышеизложенного, сменная эксплуатационная производительность определяется по формуле:

(43)

где: T_см - продолжительность смены, час;

K_см - коэффициент использования фонда сменного времени.

На основании статистической обработки результатов использования фонда сменного времени экскаваторов, величину K_см рекомендуется принимать в пределах 0,7 - 0,8.

Суточная, месячная и годовая эксплуатационные производительности экскаватора определяются путем умножения сменной эксплуатационной производительности на количество смен в соответствующие периоды времени. Для учебных расчетов можно принимать:

T_см = 8 час.

N_см = 3

N_мес = 90

N_год = 305

Таким образом, эксплуатационная производительность экскаватора может быть определена по формуле:

м³ (44)

где: N - соответствующее количество смен.

Потребное количество экскаваторов, например, на вскрыше, определяется по формуле:

(45)

Величина N_{экс.потр.} округляется до ближайшего целого числа. Полученное в результате значение называется явочным количеством экскаваторов - N_экс.яв.. Умножая явочное количество на коэффициент резерва 1,2 , получаем списочное количество экскаваторов для данного технологического (вскрышного или добычного) комплекса.

Карьерный транспорт

5.1 Выбор вида карьерного транспорта и обоснование типа оборудования

Основанием для выбора типа транспорта являются: характеристики транспортируемых пород, схема вскрытия, система разработки, размеры карьерного поля, масштаб и темп ведения горных работ. На этом основании выбирается тип транспорта и мощность транспортных средств, а также определяются размеры транспортных коммуникаций.

5.2. Описание трассы

Описание трассы производится в соответствии с типовой схемой транспортных коммуникаций - транспортирование полезного ископаемо-

го на поверхность к пункту разгрузки, и породы - в отвал. Расстояния транспортирования назначаются исходя из размеров карьерного поля, заданных в исходных данных.

Количество путей при железнодорожном транспорте (дорог при автомобильном и т.д.), расположение и характер раздельных пунктов (в том числе и расположение, число путей и схема станций) обосновываются проверкой пропускной способности [1].

5.2.1 Пропускная способность карьерных железнодорожных путей

Для однопутных линий, при условии равномерной подачи поездов, пропускную способность в парах поездов можно определить по формуле:

пар поездов (46)

где: T - время, за которое исчисляется пропускная способность, равное календарному времени за вычетом не зависящих от транспорта простоев (прием и сдача смены, буровзрывные работы и т.д.),часов (для суток T = 18 .. 22 ч, для отдельной смены T = 6 .. 7 ч);

- время движения груженого поезда по перегону длиной L со средней скоростью v_гр, мин.;

- время движения порожнего поезда по перегону длиной L со средней скоростью v_пор., мин.;

t - время, расходуемое на связь между раздельными пунктами, мин. (при телефонной связи t = 5 .. 6,5 мин., при полуавтоматической блокировке t = 3 .. 4 мин., при автоблокировке t = 2 мин.).

Пропускная способность двухпутной линии (в поездах) определяется для каждого направления движения:

поездов (47)

поездов (48)

5.2.2 Пропускная способность карьерных автомобильных дорог

Пропускная способность дороги (машин/час) определяет максимальное количество машин, которые могут пройти в единицу времени через определенный пункт дороги, и зависит от числа полос движения, качества и состояния проезжей части дороги, скорости движения автомобилей:

машин.час (49)

где: v - расчетная скорость движения, км/ч;

n - число полос движения, ед.;

K_н- коэффициент неравномерности движения(K_н= 0,5 .. 0,8);

S - интервал следования машин (расстояние видимости), м.

Интервал следования машин можно рассчитать по формуле:

, м (50)

где: a - допустимое расстояние между машинами при их остановке, м;

l_а - длина машины, м;

t_д - время реакции водителя, ч (t_д= 0,5 .. 0,8 с);

v - расчетная скорость движения, км/ч;

L_Т - длина тормозного пути, м.

В таблице 3. приведены рекомендуемые скорости v движения карьерных автомобилей.

При расстоянии перевозок менее 1,5 км средние скорости движения снижаются: при 1 км - на 10 %, при 0,5 км - на 20 %, при 0,25 км - на 30 %. Скорость движения порожних машин на 15 .. 25 % выше, чем груженых. В весенний и осенний периоды указанные выше значения скоростей снижаются в среднем на 23 .. 28 %. Скорости снижаются также в ночное время (на 8 .. 10 % у груженых и на 16 .. 17 % у порожних машин), а также при интенсивном (200 .. 300 машин в час)

- в случае отсутствия дополнительного уширения проезжей части дороги на 2 .. 3 м.

Рекомендуемые скорости движения карьерных автомобилей, км/ч

Тип покрытия и удельное сопротивление качению	Грузоподъемность,т
автосамосвалов	тягачей с полу- прицепами
до 7	10-27	40-75	45-120
Усовершенствованное капитальное, 200 Н/т
Усовершенствованное облегченное, 300 Н/т
Переходное, 400 Н/т
Низшее (грубоспланированное), 600 Н/т

Длина тормозного пути L_Т при движении большегрузных автосамосвалов на спусках с уклоном 40 .. 80 ^о/_оо (щебеночная дорога) составляет 22 .. 25 м; при скорости движения около 50 км/ч тормозной путь при уклоне 100 ^о/_оо равен 80 .. 120 м для груженых и 60 .. 80 метров для порожних автомобилей.

На горизонтальных прямолинейных участков дорог в обычных условиях величина S должна быть не менее 50 м для машин, следующих друг за другом. Расстояние видимости встречных машин при пересечении дорог должна быть, соответственно, в два раза больше. С повышением категории дороги и скорости движения S возрастает с 50 до 75 м.

В этом подразделе нужно также описать предполагаемые разгрузочные и погрузочные комплексы, искусственные сооружения, склады и т.д

5.3. Определение потребного количества средств колесного транспорта

На основе реальной трассы строят средневзвешенную схему транспорта и производят тяговый и эксплуатационный расчет транспортных машин.

5.3.1. Железнодорожный транспорт

Явочное количество локомотивосоставов определяется по формуле:

единиц (51)

где: V_см - сменный объем перевозок, м³/см;

Q_лс - сменная производительность локомотивосостава, м³/см. Списочный состав определяется путем умножения n_лс.яв. на коэффициент резерва - 1,2 , и округления полученного значения до ближайшего большего целого числа.

Величина V_см определяется сменным объемом выемки полезного ископаемого (вскрышных пород, или суммарный объем горной массы) карьером в течение смены.

Величину Q_л.с. можно определить по формуле [5]:

м³/см (52)

где: T_см - продолжительность смены, мин.;

T_п.з - время на подготовительно-заключительные операции (см. табл.4), мин.;

T_т.о - время на техническое обслуживание (см.табл.4),мин.;

T_л.н - время на личные надобности (T_л.н= 10 мин.);

T_р.лс - время рейса локомотивосостава, мин.;

V_с - емкость породы в составе в целике, м³.

Время рейса локомотивосостава [5]:

T_р.лс = T_п.з + T_дв + T_раз + T_з + T_т , мин. (53)

где: T_дв - время движения локомотивосостава на рейс (см. табл.5), мин.;

T_раз- время разгрузки состава (см. табл.6), мин.;

T_з - время задержки локомотивосостава в пути у стрелок (см. табл.6), мин.;

T_т - время на опробование тормозов локомотивом, (см.табл.6), мин.

Таблица 4.

Время на подготовительно-заключительные операции и техническое обслуживание

Операции	Время, мин.
Подготовительно-заключительные:
прием и сдача смены; осмотр и проверка исправности локомотива и вагонов; мелкий ремонт и экипировка локомотива в начале смены
Техническое обслуживание:
ежесуточный профилактический осмотр и ремонт аппаратуры управления, тормозной и воздушной магистрали локомотива и вагонов, замена тормозных колодок, смазка букс и устранение других незначительных неисправностей

Таблица 5.

Средние скорости движения локомотивосоставов и время движения на рейс

Расстояние транспортирова­ния, км	Средняя скорость движения, км/ч	Время движения на рейс, мин.	Расстояние транспортирова­ния, км	Средняя скорость движения, км/ч	Время движения на рейс, мин.
2,0 - 3,0	18,0	16,8	6,51 - 8,0	20,3	42,8
3,01 - 4,0	18,8	22,4	8,01 - 10,0	20,5	52,0
4,01 - 5,2	19,4	28,5	10,01 - 12,0	21,2	62,4
5,21 - 6,5	19,9	35,3

Таблица 6.

Время разгрузки, вспомогательных операций и технологических перерывов при работе локомотивосоставов

О п е р а ц и и	Время, мин.
Разгрузка из думпкаров:
горной массы естественной влажности при от налипания	3,3 на 100 м3 горной массы в плотном теле
горной массы повышенной влажности и вязкости при налипании на стенки кузова думпкара	6,0 на 100 м3 горной массы в плотном теле
Очистка, профилактическая обработка составов	8,5 на рейс
Сокращенное опробование тормозов локомотивом	2,0 на рейс
Маневры, сцепка и расцепка составов при транспортировании угля в полувагонах	12,5 на рейс
Задержка составов в течение рейса в пути у стрелок, светофоров и на скользящих съездах при расстоянии откатки, км:
2,0 - 3,0	6,73
3,01 - 4,0	7,46
4,01 - 5,2	8,25
5,21 - 6,5	9,16
6,51 - 8,0	10,2
8,01 - 10,0	11,4
10,01 - 12,0	12,9
Сцепка и расцепка локоматива-толкача при использовании его на подъемах	7,0

Определение величины V_с можно производить по следующей расчетной схеме.