Выемка пород машинами непрерывного действия
# Выемочно-погрузочные работы заключаются в перемещении горной массы из забоя выемочно-погрузочным оборудованием в средства транспорта или в отвал. В качестве выемочно-погрузочного оборудования на карьерах используются экскавационные машины цикличного и непрерывного действия.
В машинах непрерывного действия (многоковшовые цепные и роторные экскаваторы и др.) рабочий орган состоит из нескольких ковшей, перемещающихся по замкнутой траектории и создающих непрерывный поток груза.
Забой представляет собой торец, откос или площадку уступа.
По структуре пород забои могут быть однородными (простыми) и разнородными (сложными). В однородных забоях горные породы имеют одинаковые свойства, а в разнородных забоях – различные. Разработка простых забоев осуществляется валовым (сплошным) способом. В сложных забоях выемка полезного ископаемого и вскрыши или полезного ископаемого различных сортов производится раздельно (селективно).
В зависимости от взаимного расположения забоя и горизонта, установки выемочно-погрузочной машины различают выемку верхним, нижним и смешанным (верхним и нижним черпанием). Аналогично различают верхнюю, нижнюю и смешанную погрузку.
Многоковшовыми экскаваторами эти операции выполняются одновременно, поэтому многоковшовый экскаватор относится к машинам непрерывного действия.
Как одно- так и многоковшовые экскаваторы состоят из рабочего, механического, ходового и силового оборудования, рамы, кузова и механизмов управления.
Многоковшовые экскаваторы разделяются на цепные (с ковшами, укрепленными на бесконечной цепи), скребково-ковшовые со скребковым рабочим органом и ковшовой цепью для черпания горной массы и перемещения ее к месту разгрузки, фрезерно-ковшовые с фрезерным рабочим органом и ковшовой цепью, роторные, у которых рабочим органом является роторное колесо с ковшами для черпания горной массы.
Многоковшовые экскаваторы бывают гусеничные, шагающе-рельсовые, рельсово-гусеничные, пневмоколесные и на железнодорожном (рельсовом) ходу.
По типу силового оборудования как одноковшовые, так и многоковшовые экскаваторы бывают электрические, дизель-электрические и дизель-гидравлические. На карьерах в основном применяются электрические экскаваторы.
Карьерный железнодорожный транспорт.
# Средствами железнодорожного транспорта являются рельсовые пути и
подвижной состав.
*Рельсовые пути.
По условиям эксплуатации рельсовые карьерные пути делятся на
стационарные, сохраняющие свое положение постоянно или в течение
длительного времени ( пути на поверхности, транспортных бермах и в
капитальных траншеях ), и временные пути, периодически перемещаемые (
на уступах и отвалах ). На карьерах в основном применяется
стандартная колея шириной 1520 миллиметров.
Минимальный радиус кривых определяется типом подвижного состава и
шириной колеи. Для всех стационарных карьерных путей при ширине
колеи 1520 мм нормальный радиус кривых равен не менее 200 метров.
Для временных путей он находится в пределах 100 - 120 метров.
Величину подъема i (уклона) в продольном направлении принято выражать
в промиллях ( число тысячных единиц тангенса угла подъема, т.е. i =
1000 tg a , где а - угол подъема ). Так как при малом угле подъема
sin a = tg a, то при известных значениях i и высоты подъема можно
опре- делить длину участка подъема без тригонометрических таблиц.
Максимальный подъем пути в грузовом направлении называется руководящим
подъемом i p. По величине руководящего подъема расчитывается масса
поезда. Экономически эффективная величина руководящего подъема для
железнодорожного электрифицированного транспорта при однократной тяге
не превышает 40 и 60 промилле соответственно с использованием
электровозов и тяговых агрегатов.
Cхема строения железнодорожного пути.
1 - земляное полотно
2 - балласт
3 - шпала
4 - подкладка
5 - рельс
6 - водоотводная канава
7 - накладка
8 - ширина колеи
*Подвижной состав.
Подвижной состав на карьерах состоит из вагонов и локомотивов. Для
перевозки полезного ископаемого широко используются вагоны типа
"гондола" грузоподъемностью 60 - 90 тонн и, частично, типа "хоппер",
грузоподъемностью 60 тонн. У вагонов типа "гондола" дно составлено
из отдельных щитов, вращающихся на шарнирах у хребтовой балки.
Опущенные щиты обрзуют наклонные плоскости, по которым груз
высыпается на обе стороны от оси пути. Вагон типа "хоппер" имеет
наклонные торцовые стенки и разгружается через люки, расположенные
ниже рамы вагона. Груз ссыпается между рельсами или на сторону.
Для перевозки вскрышных пород применяются саморазгружающиеся вагоны -
думпкары с односторонней или двухсторонней разгрузкой. Конструкция
думпкаров рассчитана на восприятие значительных динамических нагрузок
от падения крупных кусков породы массой 3-5 тонн с высоты 1,5 - 3
метра ( при погрузке экскаваторами ) .
Думпкары также широко применяются и для транспорт- ирования руды.
Думпкары
Локомотивы.
В качестве локомотивов на карьерах применяются электровозы, тепловозы
и тяговые агрегаты. Достоинствами электровозов являются относительно
высокий КПД, равный 14 - 16 % , высокая скорость движения на
руководящем подъеме, способность преодоления подъемов до 40 промилле,
постоянная готовность к работе, простой обслуживания и надежная
работа в суровых климатических условиях. Недостатками электровозов
являются зависимость от источника энергии и значительные
первоначальные затраты на строительство контактной сети и тяговой
подстанции. Наличие контактной сети на забойных путях усложняет
организацию взрывных и выемочно - погрузочных работ.
Тепловозы.
Тепловозы - локомотивы, оборудованные двигателями внутреннего сгорания (
дизелями ). ДВС, установленный в тепловозе, обеспечивает его
автономность и исключает необходимость контактной сети, стоимость
которой составляет 12 - 15 % общей стоимости транспортирования.
Тепловозы обладают высоким КПД, равным 24 - 26 %, и способны
преодолевать значительные подъемы. Применяемые на карьерах тепловозы
предназначены для работы на путях МПС и не отвечают специфическим
особенностям работы карьерного транспорта. Они резко снижают скорость
при движении на подъем. К недостаткам тепловозов относится также
сложность их ремонта.
Тяговые агрегаты.
Тяговые агрегаты представляют собой сочетание электровоза управления,
секции автономного питания
( дизельная секция ) и несколько моторных думпкаров.
Наличие моторных думпкаров в составе тягового агрегата позволяет
значительно увеличить сцепной вес и полезную массу поезда ( в 2 -
2,5 раза по сравнению с электровозами)
или руководящий подъем ( до 60 промилле ). Наличие же дизельной
секции в составе тягового агрегата обеспечивает возможность исключения
контактной сети на передвижных путях.
Тенденции развития промышленности свидетельствуют об увеличении
единичной мощности применяемого на карьерах оборудования. Увеличение
сцепного веса локомотивов влечет за собой повышение полезной массы
поезда до 1200 - 1500 тонн. При использовании мощных экскаваторов
уменьшается их общее количество в карьере, упрощаются схемы путевого
развития на уступах и руднике в целом.
Наибольшее распространение получила в настоящее время тупиковая схема
с расположением обменного пункта за пределами фронта работ. Она
обеспечивает минимальные объемы путепереукладочных работ, низкие
затраты на содержание пути, простую организацию движения поездов на
уступе. Недостатком схемы является низкий коэффициент обеспечения забоя
порожняком. Особенно он снижается при большой протяженности фронта
работ.
Интенсификация работы погрузочного и транспортного оборудования может
быть достигнута за счет совершенствования тупиковых схем путевого
развития на уступе путем устройства дополнительного обменного пункта
на забойных путях. Но внедрение таких схем сдерживается из-за
сложности содержания и большой частоты перемещения дополнительных
обменных пунктов.
Из - за того , что стоимость одного тоннокилометра перевозок
автотранспортом в 6 - 10 раз выше, чем железнодорожнеым, на крупных
глубоких карьерах, исполь-
зующих на верхних горизонтах железнодорожный транспорт,
стремятся завести его на более глубокие горизонты.
Однако, это приводит к усложнению трассы капитальных траншей за счет
строительства дополнительных тупиков, что в конечном итоге снижает
эффективность использования подвижного состава железнодорожного
транспорта и повышает затраты на перевозку карьерных грузов.
При ведении горных работ на первом этапе разработки глубоких
карьеров создаются благоприятные условия для использования
железнодорожного транспорта: большой грузооборот, значительная
протяженность фронта работ на уступах, небольшое усложнение трассы
капитальных траншей при вскрытии нижних горизонтов за счет проведения
внешних капитальных траншей большой глуби- ны. При переходе ко
второму этапу разработки возмож- ности эффективной работы
железнодорожного транспорта
на нижних уступах исчерпываются. Это связано с уменьше- нием размеров
рабочей зоны, усложнением трассы капитальных траншей, возрастанием
продолжительности рейса локомотивосоставов и снижением их
производитель- ности.
Назревает необходимость решения вопроса транспортирова-ния горной массы
из второй зоны по глубине карьера. На втором этапе разработки
выполнение транспортных работ в первой зоне, как правило, не
вызывает затруднений и транспортирование ведется по сложившейся системе
транспортных коммуникаций. При переходе горных работ ко второму этапу
появляется необходимость в проведении первой реконструкции карьера,
узловым решением при которой будет обеспечение перемещения карьерных
грузов из пределов второй зоны.
Практика открытых горных работ на глубоких карьерах показывает два
основных направления решения транспортной проблемы :
- переход на комбинированный транспорт;
- сохранение для работ во второй зоне железнодорожного транспорта с
глубоким вводом железнодорожных путей с относительно простой формой
трассы.
Отвалообразование при железнодорожном транспорте.
#Плужные отвалы.
На этих отвалах рельсовые пути располагают вдоль верхней бровки отвала, и порода из думпкаров разгружается непосредственно под откос отвального уступа. По мере заполнения отвала происходит увеличение ширины площадки между рельсовым путем и верхней бровкой отвала, и часть породы задерживается на ней. Оставшуюся породу сваливают под откос отвальным плугом.
Разгрузка производится одновременно из двух трех думпкаров состава. Время разгрузки состава скальных пород 5 - 7 мин. летом и 15 - 20 мин. зимой, а мягких влажных - в 1, 5 - 2 раза больше.
Плужные отвалы имеют высоту 8 -15 м.
Достоинства:
- небольшие капитальные затраты, так как один отвальный плуг и путепередвигатель могут обслуживать несколько отвальных тупиков;
- низкая энергоемкость работ, так как значительная часть породы складируется в отвал под действием собственной силы тяжести;
- эффективно на небольших рудных карьерах при раздельной отсыпке бедных и специальных сортов руд во временные отвалы;
Приемная способность отвальных тупиков при таком способе 300 - 400 тыс. м3/год.
Недостатки:
1. Низкая высота отвального уступа (яруса). В мягких породах не более 15 м и в скальных породах не более 20 м из-за недостаточной устойчивости ж/пути.
2. Отсутствие эффективной механизации для передвижки железнодорожных путей и поддержания их в безопасном состоянии. Эти работы требуют больших ручных затрат и эксплуатационных расходов.
3. Невозможность использования плужных отвалов на неосушенных болотах и озерах.