Выемочно-погрузочные работы

ВЫЕМОЧНО-ПОГРУЗОЧНЫЕ РАБОТЫ в карьерах (а. gettingloading work; н. Gewinnungs- und Ladearbeiten; ф. abattage-chargement, travaux d'abattage et de chargement; и. trabajos de arranque у carga) — выемка из массива (развала или разрыхлённого слоя), перемещение и разгрузка горной массы в транспортные средства. Выемочно-погрузочные работы — один из основных технологических процессов на карьерах (удельный вес их в общих затратах на открытую разработку месторождений достигает 25%).

Выемочно-погрузочные работы осуществляются в забоях, которыми в зависимости от типа машин служат горизонтальные поверхности разрабатываемого горизонта, торец заходки или откос уступа. Геометрические параметры забоев и заходок зависят от способа подготовки горной породы к выемочно-погрузочным работам, их технологии, параметров и расположения в забое выемочно-погрузочного и транспортного оборудования с учётом обеспечения безопасных условий работы и максимального экономического эффекта.

В зависимости от положения забоя относительно уровня стояния выемочно-погрузочной машины выделяют выемочно-погрузочные работы с верхним (забой находится выше уровня стояния машины), нижним и смешанным (нижним и верхним) черпанием. Различают также выемочно-погрузочные работы с погрузкой горной породы на уровне стояния, верхней и смешанной. В первом случае транспортное оборудование расположено на одном уровне (отметке) с выемочно-погрузочной машиной, во втором — выше. Смешанная погрузка включает (одновременно или поочерёдно) как погрузку на уровне стояния, так и верхнюю погрузку на промежуточный транспортный горизонт. Преобладающее распространение получили выемочно-погрузочные работы с погрузкой на уровне стояния выемочно-погрузочной машины. Выемочно-погрузочные работы с верхней погрузкой применяют ограниченно, в основном при отработке нижних и нарезке новых уступов, проходке траншей.

Выемочно-погрузочные работы выполняются выемочно-погрузочными машинами цикличного (одноковшовые экскаваторы и погрузчики) и непрерывного (роторные и цепные экскаваторы) действия. Выбор выемочно-погрузочного оборудования производится одновременно по всей технологической цепочке — от буровзрывных работ до пунктов разгрузки на обогатительной фабрике или отвале.

Из всех типов одноковшовых экскаваторов наиболее часто на карьерах применяются прямые мехлопаты (рис. 1) и драглайны. При выполнении выемочно-погрузочных работ по мягким и плотным породам прямыми мехлопатами с расположением транспортных средств на горизонте установки экскаватора высота забоя (уступа) не превышает максимальную высоту черпания экскаватора. При разработке предварительно взорванных пород значение этого параметра может превышать максимальную высоту черпания в 1,5 раза, а в карьерах по добыче угля, известняка и гранита, в связи с повышенной устойчивостью горной породы, ширина заходки в большей степени зависит от рабочих размеров мехлопаты, схемы выемочно-погрузочных работ и в конечном счёте определяется условием обеспечения их минимальной стоимости.

При использовании на выемочно-погрузочных работах драглайнов совместная работа выемочно-погрузочного и транспортного звеньев осуществляется по трём основном схемам. При схеме драглайн-транспорт погрузка породы или полезных ископаемых производится непосредственно в транспортное средство (думпкары, автосамосвалы, конвейеры, гидротранспорт) при вместимости ковша драглайна до 15 м³; при железнодорожном транспорте в благоприятных условиях себестоимость работ снижается на 8-10% по сравнению со схемами, в которых используются прямые мехлопаты. По схеме драглайн-навал — транспорт порода складируется во временный отвал, а затем грузится в транспортное средство. По сравнению с предыдущей эта схема позволяет увеличить производительность драглайна и повысить эффективность использования транспорта. По схеме драглайн-бункер порода грузится в специальный бункер-перегружатель, а из него в средства транспорта. Достоинство схемы — повышение производительности экскаватора.

Выемочно-погрузочные работы с использованием одноковшовых погрузчиков (рис. 2) производятся в карьерах при разработке разрыхлённых (взрывом или механических способом) полускальных и скальных пород, реже мягких и плотных пород из массива. Обычно погрузчики применяют в сочетании с автомобильным транспортом. Удельные эксплуатационные затраты на выемочно-погрузочных работах с использованием одноковшовых погрузчиков 5-10 коп/м³.

В процессе выполнения выемочно-погрузочных работ эксплуатационная производительность выемочно-погрузочного оборудования цикличного действия Q_э (м³/смена) определяется с учётом использования его во времени:

где Е — вместимость ковша, м³;

t_ц — фактическая продолжительность рабочего цикла, с;

k_н — коэффициент наполнения ковша;

k_p — коэффициент разрыхления горной массы;

Т — продолжительность рабочей смены, ч;

k_и — коэффициент использования экскаватора в смену.

Величина k_и зависит главным образом от вида карьерного транспорта и организации работ в карьере. Её максимальное значение достигается при работе с погрузкой на конвейер; при автомобильном транспорте k_и на 10-15% выше, чем при железнодорожном транспорте; минимальная k_и — при погрузке в средства железнодорожного транспорта в тупиковом забое.

Выемочно-погрузочные работы с использованием оборудования непрерывного действия производятся при разработке мягких и плотных горных пород. Равномерность потока экскавируемой горной породы позволяет эффективно использовать транспорт непрерывного действия — ленточные конвейеры (рис. 3). Применяется также совместная работа многоковшовых экскаваторов с железнодорожным транспортом (рис. 4). На горизонтальных и пологих залежах распространены схемы с погрузкой вынутой пустой горной породы оборудованием непрерывного действия на ленточный отвалообразователь или транспортно-отвальный мост.

Удельные эксплуатационные затраты на выемочно-погрузочные работы при использовании многоковшовых экскаваторов в среднем 6-9 коп/м³. Их эксплуатационную производительность на этих работах Q_э (м³/смена) можно определить как

где А — число разгрузок ковшов в 1 мин.

Эффективность выемочно-погрузочных работ при погрузке горной массы на железнодорожный и автомобильный транспорт в значительной степени зависит от организации обменных операций на уступах, сочетания параметров выемочно-погрузочного и транспортного оборудования, взаимоувязки выемочно-погрузочной работы с другими смежными процессами. В зависимости от числа транспортных выходов с уступа движение поездов в его пределах организуют по маятниково-тупиковой (один выход) и поточно-сквозной (два выхода) схемам. При последней время обмена сокращается примерно в 2 раза. Раздельный обменный пункт поездов находится вне или в пределах фронта работ.

При использовании автотранспорта возможны сквозной (без встречного движения порожних и гружёных автосамосвалов) подъезд автосамосвалов к экскаватору и подъезд с петлевым и тупиковым разворотом (при встречном движении порожних и гружёных автосамосвалов). Первый используют при наличии двух выездов с горизонта, второй — при достаточно широких рабочих площадках.

Подъезд с тупиковым разворотом применяют в стеснённых условиях, когда невозможно осуществить петлевой разворот. В основном схема используется в тупиковых заходках при проведении траншей. При ширине рабочей площадки (основание траншеи), меньшего радиуса поворота автосамосвала, устраивают специальные ниши для разворота машин. Подъезд с тупиковым разворотом вызывает снижение производительности самосвалов на 10-15% (по сравнению с другими схемами подъезда). В зависимости от числа автосамосвалов, находящихся одновременно в забое, осуществляют одиночную или спаренную установку их под погрузку.

При одиночной установке автосамосвалы располагаются параллельно оси забоя (при заходках небольшой ширины) или с разворотом (при более широких заходках). Последняя позволяет уменьшить угол поворота экскаватора. Спаренная установка автосамосвалов обеспечивает более высокую производительность экскаваторов. При правильной организации работ, заключающейся в обоснованной комплектации горных машин, включая вспомогательное оборудование, и соблюдении режима технического обслуживания, более целесообразен закрытый цикл (закрепление в течение смены определенного количества транспортных единиц за выемочно-погрузочной машиной). Увязка процессов выемки и погрузки с другими смежными работами (подготовка к выемке и т.д.) производится при составлении паспортов забоев и типовых технологических схем ведения горных работ.