7.6 Выемка и погрузка

Выемочно-погрузочная техника на карьерах с полускальными и скальными породами в настоящее время представлена одноковшовыми экскаваторами, отличающимися друг от друга емкостью ковша, а следовательно, габаритами и мощностью. Принцип работы этих машин повторяет землекопа, т.е. повторение операций зачерпывания, подъем ковша, перемещение к транспортному сосуду, разгрузка и возвращение в забой.

Данный принцип целесообразен в случае, если операция перемещения имеет самостоятельное значение, как, например, во вскрышных мехлопатах. Специфика работы погрузочной машины в забое, от которой горная масса перемещается транспортными средствами, заключается в захвате горной массы и погрузке в транспортный сосуд причём эта функция постоянна и однообразна. Принцип работы применяющийся машины, у которой рабочая операция захвата горной массы и разгрузка занимают 33—35%, а остальное время затрачивается на подготовительные и вспомогательные операции, не соответствует специфике работ на карьере.

В расчете существующих карьерных машин мощность источников энергии и конструктивная прочность компоновки агрегатов рассчитываются для условий момента зачерпывания, точнее, внедрения ковша в забой. При этом обычно рассматриваются самые сложные условия сопротивление внедрению при плохо взорванной горной массе. Во время других операций мощность источника энергии и его конкретный вес не принимают участия. Следовательно, принцип работы машины, выполняющей строго определенную однообразную работу, не отвечает принципу рационального использования энергии.

Для разработки плотных и полускальных пород и особенно угля и руды используются комбайны, обеспечивающие по принципу действия одновременную непрерывную выемку и погрузку горной массы. Они эффективно работают в породах с прочностью на одноосное сжатие до 180200 МПа. В этих породах вследствие поточности производства и отсутствия буровзрывной подготовки горной массы затраты на разработку почти в 2 раза ниже. В настоящее время они успешно используются для добычи строительных материалов, угля, фосфоритов, бокситов, гипса.

Современные комбайны различаются принципом действия, конструкцией и расположением рабочего органа.

К первой группе относятся комбайны с рабочим органом в виде цилиндрической фрезы, расположенной в центре в нижней части опорной рамы между передними и задними гусеницами. Фреза представляет собой барабан, оснащенный штыревыми зубками, расположенными по винтовой линии и армированными вставками из твердого сплава. Вращение фрезы может осуществляться как в направлении движения комбайна, так и против (рис.34).

Рис.34 Принцип работы фрезерного комбайна.

Число зубков, их тип, расстояние между ними зависит от физико-механических свойств горных пород, необходимого состава горной массы по крупности и устанавливается применительно к конкретным природным условиям месторождения. Разрушенная горная порода со средним размером куска до 300 мм конвейером загружается в транспортные средствa или в штабель вдоль полосы выемки, из которого горная масса погрузчиком или экскаватором загружается в транспорт.

Наиболее известные комбайны этого типа выпускает немецкая фирма «Виртген». Используя опыт изготовления дорожных машин для фрезерования старых дорожных покрытий из бетона и асфальта, они создали ряд комбайнов для карьеров с шириной фрезы 1900 4200 мм, глубиной фрезерования за одни проход от 150 до 600 мм и теоретической производительностью до 1700 т/ч.

Фрезерные комбайны с передним креплением рабочего органа позволяют разрабатывать массив горных пород уступами высотой 1,8 2.5 м, шириной захвата 77,6 м н производительностью 5502100 т/ч .

Переднее расположение рабочего органа позволяет производить разработку горизонтов обычной технологией — уступами, как и ковшовой техникой, Работа с конвейерным транспортом обеспечивает поточную технологию разработки горных пород средней крепости.

Стреловые комбайны с фрезерным рабочим органом позволяют производить разработку массива горных пород забоями аналогично ковшовым экскаваторам. Отделенная рабочим органом от массива порода попадает на погрузочную плиту, с которой загружающими устройствами подается на конвейер.

Фрезерный стреловой комбайн ТВ-3000 английской фирмы «Доско» является наиболее крупным стреловым комбайном в мире. Он способен разрабатывать полускальные и скальные горные породы с пределом прочности на сжатие 160180 МПа производительностью до 690 т/ч, уступами высотой 5 м, с шириной захвата 9 м, обеспечивая кусковатость горной массы 0600 мм. Рабочие органы в виде продольных режущих головок расположены на двух стрелах. Привод головок, вращающихся навстречу друг другу, индивидуальный от электродвигателей. Привод стрел гидравлический, который обеспечивает независимое или синхронное движение (Рис.35).

Рис.35 Двухстреловой фрезерный комбайн.

Комбайн ВАФ-170 немецкой фирмы с двумя поперечно расположенными на поворотной стреле головками, нагребающими лапами на погрузочный скребковый конвейер разрабатывает горные породы с пределом прочности до 1001200 МПа при высоте забоя 5,5 м, ширине захвата 6,3 м и производительности 300 т/ч (рис. 36).

Рис.36 Стреловой фрезерный комбайн с двумя головками:

1 – стрела, 2 – погрузочный механизм, 3 – конвейер, 4 – фрезерные головки.

При разработке крепких горных пород с буровзрывной подготовкой операция зачерпывания энергоемкая, усилие рабочего органа должно преодолеть сопротивление сцепления кусков горной массы и их вес. Выше в работе было рассмотрено, что это сопротивление уменьшается с увеличением степени дробления горной массы и коэффициента разрыхления.

В этих условиях эффективным становится применение погрузочных машин непрерывного действия с роторным рабочим органом.

Отличительной чертой этой погрузочной машины от существующих роторных экскаваторов является отсутствие рукояти. Роторное колесо диаметром равным высоте развала укреплено непосредственно на поворотной платформе экскаватора.

Этим создается возможность создания усилий черпания для погрузки хорошо раздробленной горной массы. Как показано в работе хорошее дробление может быть достигнуто при взрывной подготовке горных пород к выемке скважинами малого диаметра на уступах высотой 5—8 м или механическим рыхлением, со штабелированием разрушенной горной массы бульдозером-рыхлителем. В этом случае высота развала будет 4—8 м, следовательно, диаметр ротора погрузочной машины тоже будет в пределах 8 м.

Ширина ковша роторного колеса (В) согласно исследованию взаимосвязи свойств горной массы и параметров погрузочного органа должна быть В>3dср. т.е. 1200—1500 мм.

Принцип действия роторной погрузочной машины, как известно, полностью соответствует специфике открытых горных работ, обеспечивает минимальное энергопоглощение в выемочно-погрузочном процессе.

Данная погрузочная машина может работать как с автомобильным транспортом в комплектах оборудования дискретного действия, так и с конвейерным с перегружателем в комплектах непрерывного действия.

8.6 Перемещение

Энергоемкость процесса перемещения в технологии горных работ на карьере занимает 50—60%. Это показывает его значение. В основу рассматриваемого в настоящей работе принципа формирования комплектов оборудования технологических потоков положено использование преимуществ транспорта в конкретных условиях их отдельных частей и звеньев. В данном разделе рассмотрены основные тенденции в развитии существующих видов транспорта и перспективности новых, применительно к забойной части технологического потока частей комплекта по доставке горной массы из карьера и на поверхности.