/
Автор: Трубецкой К.Н. Леонов Е.Р. Панкевич Ю.Б.
Теги: горные работы при разработке месторождений полезных ископаемых общие вопросы горного дела горное дело горные машины месторождения горная промышленность
ISBN: 5-247-01028-0
Год: 1990
Текст
К.Н. ТРУБЕЦКОЙ ЕР. ЛЕОНОВ Ю.Б ПАНКЕВИЧ
КОМПЛЕКСЫ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ
т VI
К.Н.ТРУБЕЦКОЙ E.P. ЛЕОНОВ Ю.Б.ПАНКЕВИЧ
КОМПЛЕКСЫ
\ МОБИЛЬНОГО
\ ОБОРУДОВАНИЯ
\ НА ОТКРЫТЫХ
\ ГОРНЫХ
\ РАБОТАХ
МОСКВА "НЕДРА" 1990
ББК 33.16
Т77
УДК 622.271.002.5—181.2
Трубецкой К. Н., Леонов Е. Р., Панкевич Ю. Б.
177 Комплексы мобильного оборудования на открытых горных работах. — М.: Недра, 1990.— 255 с.: ил.
ISBN 5-247-01028-0
Приведены сведения о современных типах мобильного оборудования, рыхлительно-бульдозерных агрегатах, карьерных погрузчиках, самоходных скреперах, их назначении, области применения на карьерах горной промышленности. Сформулированы требования, описана методика определения эффективной работы и технико-экономических показателей комплексов этого оборудования.
Для инженерно-технических работников горнодобывающих предприятий и проектных институтов.
т ББКЗ“
JSBN 5-247-01028-0 © К. Н. Трубецкой, Е. Р. Леонов,
Ю. Б. Панкевич, 1990
ПРЕДИСЛОВИЕ |
В СССР открытым способом добывается свыше 86 % железной руды, 96 % сырья для цветной металлургии, 45 % угля, свыше 75 % агрохимического сырья, почти 100 % неметаллических полезных ископаемых и строительных горных пород. Горно-геологические условия большинства месторождений твердых полезных ископаемых Советского Союза позволяют осуществлять разработку их наиболее прогрессивным — открытым способом.
Современные открытые разработки характеризуются, с одной стороны, значительным увеличением объемов перерабатываемой горной массы, превышающих 15 млрд т в год, с другой— наличием и вовлечением в разработку относительно небольших месторождений, в том числе, находящихся в малообжитых и труднодоступных районах. Одновременно усложняются горно-геологические и горно-технические условия разработки, резко повышаются требования к созданию экологически чистых способов и технологий, направленных на комплексное освоение недр. В этих условиях возникает необходимость широкого применения ресурсосберегающих видов мобильного оборудования, работа которого, в первую очередь, основана на принципе совмещения ряда или большинства смежных процессов рыхления массива горных пород, отделения их и формирования в штабели, выемки, погрузки, транспортирования и отвалообразова-ния (складирования). К такому оборудованию в наибольшей мере относятся рыхлительно-бульдозерныс агрегаты, мобильные буровые ’станки, колесные погрузчики, самоходные скреперы,, колесные бульдозеры и др.
Выполненными исследованиями и мировой практикой доказана наибольшая эффективность эксплуатации различных видов мобильного оборудования, сформированных в рациональные комплексы. На ряде карьеров СССР они уже применяются. Так например, на открытой разработке Чилисайского фосфоритового месторождения при производстве вскрышных, отвальных и добычных работ используют комплексы мобильного оборудования, состоящие из самоходных скреперов с ковшами вместимостью 24—26 м3, рыхлительно-бульдозерных агрегатов (РБА) мощностью 243 кВт, колесных погрузчиков с ковшами вместимостью 9,2—10 м3 и автосамосвалов, а на Полнинском месторождении фосфоритов и Канарском месторождении магнетитовых руд—комплексы, включающие большегрузные самоходные скреперы и колесные погрузчики.
Вместе с тем применение комплексов мобильного оборудования на открытых горных работах в СССР пока ограничено, что объясняется, главным образом, недостаточностью соответствующего оборудования — мощных РБА, большегрузных
1*
3
колесных погрузчиков, самоходных скреперов, а также недооценкой отраслевыми научно-исследовательскими и проектными организациями эффективности технологических схем с применением комплексов мобильного оборудования. В то же время за рубежом данные комплексы весьма широко используются в качестве основного горного и транспортного оборудования карьеров.
Таким образом, для расширения области применения комплексов мобильного оборудования на открытых горных работах необходимы: ускоренное создание и серийное освоение этого оборудования; разработка новых и совершенствование существующих технологических схем, методов выбора моделей машин и формирования их в рациональные комплексы. Кроме этого важно знать научно-методические основы, а также принципы формирования различных видов мобильного оборудования в рациональные комплексы и принципы проектирования технологии их применения на открытых горных работах, в основном в зависимости от способов подготовки массивов горных пород к выемке, погрузке, транспортированию и отвалообразованию (складированию).
При формировании комплексов большое внимание должно быть уделено технико-экономическому обоснованию расширения типоразмерных рядов РБА и самоходных скреперов, установлению границ и областей эффективного применения комплексов мобильного оборудования и соответствующих технологических схем на открытых горных работах.
Предисловие, разделы 2, 8 и подразделы 1.1, 1.3, 3.2, 3.3 написаны К- Н. Трубецким, подразделы 1.5, 1.6, 5.4, 5.5 и 5.6 — Е. Р. Леоновым, раздел 7 и подразделы 1.2, 3.1, 4.4, 5.3 — Ю. Б. Панкевичем, раздел 6 и подразделы 1.4, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 5.7— К- Н. Трубецким и Ю. Б. Панкевичем.
1. ОСОБЕННОСТИ ОТДЕЛЬНЫХ ВИДОВ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ, СОСТАВЛЯЮЩИХ КОМПЛЕКСЫ
1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Комплексы мобильного оборудования — это группы (из двух или более видов) скоростных, способных передвигаться по карьерным дорогам со скоростью не менее 4—5 км/ч, колесных и гусеничных, как правило, комбинированных машин, выполняющих последовательно основные операции в едином технологическом процессе и находящихся в рациональном качественном и количественном соответствии между собой, что обеспечивает максимальную эффективность каждой технологической операции и процесса в целом. В зависимости от способов производства горных работ и предварительной подготовки массивов горных пород к выемке, погрузке, перемещению, складированию и отвалообразованию можно выделить следующие составы комплексов:
1. При цикличной технологии и буровзрывном рыхлении: буровой станок — погрузчик — автосамосвал.
2. При цикличной технологии и механическом рыхлении: РБА — погрузчик—автосамосвал; РБА — скрепер; РБА— буровой станок — погрузчик— автосамосвал.
3. При циклично-поточной технологии и буровзрывном рыхлении: буровой станок — погрузчик — самоходный или передвижной дробильный агрегат — транспортное средство.
4. При циклично-поточной технологии и механическом рыхлении: РБА — погрузчик — самоходный дробильный (грохотиль-ный) агрегат — транспортное средство.
5. При цикличной технологии без производства предварительного рыхления горных пород: колесный бульдозер — погрузчик — автосамосвал; погрузчик — автосамосвал.
Поскольку мобильным буровым станкам и карьерному автотранспорту уделено достаточно большое внимание в специальных публикациях, ниже рассматриваются, главным образом, комплексы мобильного оборудования, в состав которых включено два или более типов мобильных машин, таких, как РБА, колесный погрузчик, самоходный скрепер, автосамосвал.
1.2. РЫХЛИТЕЛЬНО-БУЛЬДОЗЕРНЫЕ АГРЕГАТЫ
Рыхлительно-бульдозерный агрегат (рис. 1.1) представляет собой комбинированную машину, способную осуществлять последовательно операции по механическому рыхлению, бульдо-зированию и штабелированию.
Таким образом, РБА является первым звеном комплекса мобильного оборудования — звеном подготовки горной массы
5
к выемочно-погрузочным работам. От правильности выбора типоразмера РБА, а также от выбора рациональной технологии его работы зависит эффективность функционирования всего комплекса.
РБА состоит из базового трактора и навесного оборудования: бульдозерного — с прямыми, полусферическими и сферическими отвалами, (а также с усиленными отвалами для толкания скреперов и отвалами увеличенных размеров под уголь; рыхлительного — в одно- и многозубом исполнении.
В настоящее время отечественной промышленностью освоен выпуск РБА на тракторах ДЭТ-250М, Т-330 и Т-500. Предусмотрены увеличение производства РБА на тракторе ДЭТ-250М.2 и переход к производству машин на базе конструктивно подобных тракторов Т-25.01, Т-35.01, а также на тракторах тяговых классов 50,75 и 100 мощностью до 735 кВт. Характеристики выпускаемых в настоящее время и перспективных рыхли-тельно-бульдозерных агрегатов приведены в табл. 1.1.
Рыхлительно-бульдозерный агрегат ДЗ-126А, включающий в себя рабочее оборудование бульдозера с неповоротным отвалом ДЗ-118 и однозубого рыхлителя ДП-9ВХЛ на базе трактора ДЭТ-250М, предназначен для разработки мерзлых и разборно-скальных грунтов, характеризуемых скоростью прохождения звуковой волны до 1500 м/с.
Бульдозерное оборудование состоит из неповоротного отвала, правого и левого толкающих брусьев, винтового раскоса, гидрораскоса в виде гидроцилиндра и механизма компенсации перекоса. Шарниры соединения отвала с гидроцилиндрами подъема — опускания выполнены в виде пальцев с универсальными шарнирами.
Рыхлительное оборудование четырехзвенного вида однозубого типа состоит из верхней и нижней тяг, рабочей балки с жестко закрепленным зубом для глубокого рыхления, механизма изменения вылета стойки зуба и двух гидроцилиндров, расположенных штоками вверх в диагональном звене четырехзвенного механизма навески. Установка дистанционного механизма изменения вылета стойки зуба позволяет изменять заданную максимальную глубину рыхления, что расширяет область эффективной разработки разнопрочностных массивов.
Агрегат ДЗ-126В-1 (ДЗ-126В-2) включает в себя рабочее оборудование бульдозера ДЗ-132-2 (ДЗ-132-1) с прямым (полусферическим) неповоротным отвалом на базе модернизированного трактора ДЭТ-250М2.
Основными усовершенствованиями предыдущей модели являются: установка в трансмиссии измененных бортовых редукторов с увеличенным передаточным числом, что позволило повысить тяговое усилие до 350 кН; установка в гидроприводе управления навесным оборудованием более мощного насоса; наличие реле защиты от перегрузки 2РП системы управления, отрегулированного на более низкий ток срабатывания.
7
00 Таблица 1.1
Технические характеристики современных отечественных рыхлительно-бульдозерных агрегатов
Параметры Д 3-126 А ДЗ-126В-1 (ДЗ-126В-2) ДЗ-158УХЛ; ДП-34-1УХЛ ДЗ-158УХЛ; ДЗ-34-2УХЛ ДЗ-94С-1 ДЗ-129ХЛ ДЗ-141ХЛ ДЗ-159УХЛ; ДП-35УХЛ
Базовый трактор: ДЭТ-250М ДЭТ-250М2 Т-25.01 Т-330 Т-500 Т-75.01
мощность двигателя, 243 250 243 368 603
кВт
тяговый класс 25 35 75
скорость, км/ч:
вперед 1,14-19 0,98-15,73 0- -13 4,7—16,4 0-13 0—12
назад 1,14-19 0,98-15,73 0,13 3,9-13,7 0—13 0-15
среднее давление на 0,07 0,087 0,086 0,093 0,09
грунт, МПа
Бульдозерное оборудо-
вание с гидрофицнро- •
ванным перекосом от-
вала:
модель ДЗ-118* ДЗ-132-2 ДЗ-158УХЛ ДЗ-158УХЛ ДЗ-59С * ДЗ-124ХЛ * — ДЗ-159УХЛ
(ДЗ-132-1)
форма отвала Прямая Прямая (полусферическая) Прямая Полусферическая
объем призмы воло- 10,11 8,79 10,28 10,01 17,15 35
чения грунта, м3
ширина, мм 4310 4 590 (4 550) 4 200 (4 320) 4 730 4 800 5 500
высота (без козырь- 1 550 1700 1 750 2 000 2 300
ка), мм
угол поперечного пе- 12 10 12 10
рекоса, градус
подъем отвала над 835 1 200 1 300 1 620 1 520 1 670 1 745
опорной поверхностью
при погруженных
грунтозацепах, мм
опускание отвала ниже опорной поверхности при погруженных грунтозацепах, мм
масса, кг
Рыхлительное оборудование:
модель
вид
число зубьев
наибольшая глубина рыхления при номинальном угле и заглубленных грунтозацепах, мм
число положений вылета зуба
шаг зубьев, мм
диапазон изменения угла рыхления на уровне опорной поверхности гусениц, градус
наименьшее расстояние от низшей точки рамы до опорной поверхности, мм масса, кг
515 520 600 870 730 720 805
4 720 4 350 5 420 5 520 7 600 7 700 8615 14 275
ДП-9ВХЛ * Четырех ДР-9ВХЛ * звенный ДЗ-34-1УХЛ Четырехзвен лируемым у н ДП-34-2УХЛ ный с регу-глом рыхле-1Я ДП-10С * Четырехзвенный ДП-29ХЛ * Пятизвенный с регулируемым углом рыхления Четырехз гулируемыь ле ДП-35УХЛ венный с реуглом рых-ння
1 1-2 1
1 265 1 250 850 780 1 480 1 380 1 645
4 2 1 4 5
— 900 950 —
— 27 25 — 25 25,3 25
340 370 4 50 600 300 420 650
3 975 3914 4 650 5 450 5 392 6 300 6 950 12 000
Продолжение табл. 1.1
ДЗ-159УХЛ; ДП-35УХЛ 34 11 800 5 500 4 820 100 975
ДЗ-141ХЛ СМ со 9 500 О о QO 4 260 61 350
ДЗ-129ХЛ см 9 830 730 280 54 028
ДЗ-94С-1 03 8 700 52 650
ДЗ-158УХЛ; ДЗ-34-2УХЛ 38 О О о LO СМ 42 455
ДЗ-158УХЛ; ДП-34-1УХЛ 35 см ОО см О 41 800
ДЗ-126В-1 (ДЗ-126В-2) см 8 940 (9 060) 4 590 (4 550) 3 275 40810 (41 090)
ДЗ-126А см со 9 215 4310 3 240 QO 00 СО
Параметры Задний угол въезда трактора, градус Габариты машины в транспор гном положении, мм: длина ширина высота Масса машины, кг
* Модель бульдозера или рыхлителя с базовым трактором.
Пр нмечание. Данные в скобках приведены для бульдозерного оборудования с полусферическим отвалом.
10
В бульдозерном оборудовании применена новая конструктивная схема механизма компенсации в виде поперечной штанги взамен традиционной сложной кинематической связи между толкающими брусьями и отвалом, что позволило сократить расстояние между отвалом и трактором и уменьшить длину толкающих брусьев. При этом снижена масса бульдозерного оборудования на 568 и 293 кг и одновременно увеличена ширина отвалов на 240 и 280 мм соответственно для прямого и полусферического отвалов.
В рыхлительное оборудование введены новые гидроцилиндры и усовершенствован зуб, который оборудован кованым самозаостряющимся наконечником.
Сравнительные испытания старой и новой моделей показали повышение производительности в среднем при рыхлении до 50 %, при бульдозировании — до 11 %.
Агрегаты ДЗ-94С, ДЗ-94С-1 на базе трактора Т-330, включающие в себя оборудование бульдозера ДЗ-59С и рыхлителя многозубого ДП-10С, предназначены для работы в тяжелых условиях.
Бульдозерное оборудование состоит из неповоротного отвала, толкающих брусьев (правого и левого), винтового раскоса, двух диагональных тяг, гидрооборудования, механизма компенсации перекоса, узлов и деталей соединения.
Рыхлительное оборудование ДП-10С в составе бульдозера с рыхлителем ДЗ-94С четырехзвенного вида многозубого типа состоит из верхней и нижней тяг, рабочей балки с жестко закрепленными зубьями, буферного устройства и гидропривода. Стойки зубьев оснащены литыми наконечниками.
Однозубое рыхлительное оборудование ДП-10С-1 в составе бульдозера с рыхлителем ДЗ-94С-1 по конструкции аналогично оборудованию ДЗ-94С и отличается рабочей балкой, выполненной под установку только одного центрального зуба.
Агрегат ДЗ-129ХЛ на базе трактора Т-330 предназначен для выполнения тяжелых земляных работ. Навесное бульдозерное оборудование типа ДЗ-124ХЛ данного агрегата отличается от навесного оборудования предыдущей модели размерами и конструкцией отвала полусферической формы. Бульдозер может быть снабжен отвалом сферической формы для разработки кусковых материалов, разборных и разрыхленных скальных пород и сыпучих несвязных грунтов.
Рыхлительное оборудование ДП-29ХЛ многозвенного типа состоит из опорной рамы, нижней тяги, рабочей балки, шарнирно соединенной верхней тяги и трех гидроцилиндров: двух — подъема и опускания зуба, одного — изменения угла рыхления.
Зуб имеет кованый наконечник, унифицированный с ДП-9ВХЛ, и износостойкую накладку.
В настоящее время на базе новой группы конструктивно подобных тракторов созданы РБА следующих типов.
11
Агрегат ДЗ-158УХЛ на базе трактора Т-25.01 тягового класса 25 предназначен для выполнения тяжелых земляных работ в различных отраслях строительства и горнодобывающей промышленности, причем грунты I—IV категорий можно разрабатывать данным агрегатом без предварительного рыхления.
Базовый трактор — гусеничный, промышленный, с передним расположением двигателя и задним (ближе к середине) расположением кабины. Исполнение узлов — блочное для удобства обслуживания и ремонта. Дизельный двигатель — с газотурбинным наддувом и электростартерным пуском из кабины водителя.
Агрегат комплектуется бульдозерными отвалами двух видов— прямым ДЗ-158.01 и сферическим ДЗ-158.02. Гидрофици-рованный механизм компенсации перекоса отвала выполнен в виде поперечной штанги. Перекос осуществляется гидроцилиндром на правом толкающем брусе, подъем — опускание бульдозерного оборудования — двумя гидроцилиндрами.
Однозубое (ДП-34-.1УХЛ) и трехзубое (ДП-34-2УХЛ) рыхлительное оборудование обеспечивает бесступенчатое изменение угла рыхления в диапазоне 27°. Однозубое рыхлительное оборудование имеет механизм изменения вылета зуба (четыре положения с интервалами 250 мм) с дистанционным управлением из кабины трактора.
Агрегат ДЗ-141ХЛ на базе трактора Т-500 тягового класса 35 предназначен для выполнения тяжелых земляных работ в строительстве и горнодобывающей промышленности.
Гусеничный промышленный трактор Т-500 с передним расположением двигателя и задним расположением кабины оснащен дизельным двигателем с жидкостным охлаждением, газотурбинным наддувом, промежуточным охлаждением наддувного воздуха и электростартерной системой пуска из кабины водителя.
Бульдозерное оборудование —с неповоротным отвалом полусферической формы, гидравлическим механизмом перекоса отвала и механизмом компенсации в виде поперечной штанги.
Рыхлительное оборудование — четырехзвенное с регулируемым углом рыхления (диапазон изменения 25°) и одним жестко закрепленным зубом.
Агрегат ДЗ-159УХЛ на тракторе Т-800 предназначен для разработки особо тяжелых мерзлых и разборно-скальных грунтов в различных отраслях народного хозяйства.
Трактор выполнен с передним расположением двигателя, имеющего жидкостное охлаждение, газотурбинный наддув и промежуточное охлаждение наддувного воздуха, а также элек-тростартерную систему пуска из кабины водителя.
Бульдозерное и рыхлительное оборудование по конструкции аналогично оборудованию ДЗ-141ХЛ. Отличительные особенности рыхлительного оборудования: увеличенная глубина рых
12
ления (1800 мм); стойка зуба, выполненная из высокопрочной стали, имеющая пять отверстий для регулирования вылета зуба с шагом 300 мм.
Зарубежными ведущими фирмами по производству РБА на тракторах повышенной мощности являются «Катерпиллер» (США), «Интернейшнл дрессер» (США), «Фнат-Аллис» (Италия— США), «Комацу» (Япония).
Фирма «Катерпиллер» выпускает РБА на базе группы конструктивно-подобных унифицированных гусеничных промышленных тракторов общего назначения серий D8L, D9L и D11N мощностью 250—575 кВт со следующими отличительными особенностями.
Моторно-трансмиссионная установка (МТУ) трактора выполнена на основе дизеля постоянной мощности.
Гидромеханическая трансмиссия, изготовленная в виде отдельных модулей, состоит из двухпоточного гидромеханического трансформатора, планетарной коробки передач, конической передачи, бортовых фрикционов, конечных бортовых планетарных редукторов. При этом 75 % мощности передается через гидротрансформатор и 25 % — непосредственно от двигателя через редуктор-делитель потока мощности.
Модульное исполнение узлов трансмиссии облегчает ремонт в условиях эксплуатации, так как демонтаж осуществляется без снятия навесного оборудования, кабины, систем РОПС и ФОПС *. По данным фирмы трудозатраты на демонтаж основных узлов трансмиссии в 10 раз меньше, чем при традиционной компоновке.
Ходовая система тракторов имеет ходовые трубчатые раздвигающиеся рамы гусеничных тележек, соединенные с базовой рамой трактора посредством шарнирной оси в задней части и поперечной балансирной балки, установленной на оси базовой рамы передней части трактора. Передние и задние направляющие колеса связаны с крайними каретками опорных катков двуплечими рычагами. Балансирная балка и рычаги кареток оснащены малодеформируемыми резинометаллическими упорами. Такая компоновка ходовой системы оказалась возможной вследствие подъема ведущей звездочки выше рамы гусеничных тележек и формирования обвода гусениц треугольного вида, что позволило одновременно разгрузить бортовые редукторы от вертикальных ударных нагрузок и снизить износ от взаимодействия венцов звездочек с грунтом. Гусеница имеет быстроразборное соединительное звено в виде зубчатых гребенок, взаимно фиксируемых болтами.
Базовая рама тракторов оборудована силовой облицовкой капота спереди и проушинами сзади, что дало возможность приблизить бульдозерное и рыхлительное оборудование к трактору, увеличить вертикальное нагружение рабочих органов при
Системы защиты (противопожарная и от опрокидывания).
13
заглублении и упростить соединение рыхлительного оборудования с трактором.
Фирма «Катерпиллер» производит на базе всего ряда мощных тракторов бульдозерное оборудование с неповоротными полусферическим и сферическим отвалами. На тракторе D8L также возможна установка поворотного отвала, а на тракторах D9L и D11N — оборудования бульдозера-толкача.
На неповоротном бульдозерном оборудовании предусмотрен механизм компенсации перекоса в виде поперечной штанги, которая по конструкции аналогична принятой в отечественных машинах, осваиваемых на тракторах тяговых классов 25, 35 и 75. Шарнир соединения штанги с бульдозерным оборудованием расположен на правом толкающем брусе, на котором также установлен гидрораскос. Другой шарнир смонтирован на силовом капоте трактора.
Поворотное бульдозерное оборудование допускает поворот в плане на 25° в каждую сторону.
На тракторах D8L, D9L и D11N устанавливают однозубый или многозубый рыхлители (№ 8, 9, 11) с дистанционно регулируемым углом рыхления (на D8L — трехзвенного, на D9L и D11N — четырехзвенного вида) для эффективного рыхления разборно-скальных грунтов, характеризуемых скоростью звуковой волны соответственно до 2,3; 2,74 и 3,05 км/с. Использование удлиненной рамы на рыхлителе № 8 с креплением к корпусу заднего моста облегчает доступ к модулю коробки передач, расположенному на заднем мосту. Заглубление — выглуб-ленпе зубьев и регулировка угла рыхления осуществляются двумя парами гидроцилиндров. В многозубом исполнении стойку устанавливают в одном из двух положений вылета зуба, в однозубом — в одном из четырех. Предусмотрена возможность установки зуба для глубокого рыхления (на глубину до 1,7 м) с шестью регулировками вылета зуба.
Путем замены рабочих балок рыхлительного оборудования № 9 и № 11 другими балками можно получить одно- или многозубую модификации при сохранении унифицированной тяговой рамы и гидроцилиндров управления. Для крепления оборудования на тракторах установлена жесткая опорная рама в виде боковых кронштейнов на поперечной балке, закрепленных на кормовой части пальцами. Наличие опорной рамы облегчает доступ к трансмиссии трактора при ремонте.
Конструкцией однозубых рыхлителей № 9 и № 11 предусмотрена установка на рабочей балке удлиненной стойки для глубокого рыхления.
Все модели нового типоразмерного ряда сохранили компоновочную схему основных конструктивных решений узлов и ходовых систем базовых машин.
Особое внимание уделено повышению прочности и тяговосцепных качеств ходовых систем: длина опорной поверхности увеличена на 10—14 % (рис. 1.2); в целом масса гусеницы воз-
14
Рис. 1.2. Конструктивные схемы ходовых систем тракторов D10 (а) и D11N (б) фирмы «Катерпиллер» (США)
росла на 24—31 %; уменьшен угол наклона тяговой ветви гусеницы. При предельных значениях тяги задние ведущие колеса не поднимаются, длина опорной поверхности остается неизменной, возрастает устойчивость машины, снижается давление на грунт и полнее реализуется тяга базового трактора. Давление в гидросистеме управления навесным оборудованием увеличено на 12 %.
В бульдозерном оборудовании для более быстрого внедрения отвала в грунт увеличен угол поворота в плане с 24,3 до 29,3°, уменьшен угол заострения отвала, изменена геометрия поверхности лобового листа.
Рыхлительное оборудование на всех машинах — с четырехзвенным навесным устройством и регулируемым углом рыхления в одно- или многозубом исполнении.
На бульдозерном и рыхлительном оборудовании установлены дополнительные передние и задние фары для освещения места работы в ночное время.
Указанные усовершенствования позволили увеличить производительность машин на 10—15%.
Фирма «Комацу» (Япония) изготовляет бульдозеры с рыхлителями на базе тракторов D155A-1, D355A-3, D375A-1 и Д455А-1 с двигателями мощностью соответственно 239, 306, 379 и 485 кВт.
Современные требования к бульдозерам с рыхлителями учтены фирмой при создании модели бульдозера на базе трактора Д375А-1, являющейся промежуточным типоразмером моделей D355A-3 и D455A-1. В конструкции данного бульдозера усовершенствованы МТУ и ходовая система рам, введено оборудование для техобслуживания машины. МТУ выполнена
15
в виде четырех блоков модульных агрегатов: дизеля с водяным охлаждением, турбонаддувом и радиатором; автономного узла трансмиссии в виде коробки передач с гидротрансформатором, механизмом поворота и тормозом, присоединенного к двигателю посредством карданной передачи; двух узлов конечных передач с ведущими звездочками.
По данным фирмы трудозатраты на монтаж — демонтаж узлов двигателя и трансмиссии снижены в два раза.
Двигатель и автономный узел трансмиссии смонтированы на базовой раме трактора посредством упругих опор. Вал ведущей звездочки крепится на раме через упругую втулку.
Базовая рама трактора оборудована проушинами для навески нижней тяги и двух гидроцилиндров рыхлителя.
Гусеничная ходовая система — с полужесткой трехточечной системой подрессоривания. Подвески выполнены в виде двух качающихся тележек и балансирной балки. Рама опорных катков трубчатой конструкции с упругой опорой направляющего колеса предназначена для снижения передачи ударных нагрузок при наезде на препятствия.
Кабина трактора смонтирована на упругих опорах. В ней установлено информационное табло информационно-диагностической системы. Для обслуживания узлов трансмиссии имеется пост централизованной диагностики на правом крыле трактора.
Для работы в районах с холодным климатом предусмотрены два варианта пусковых установок: стартерная с подогревателем масла (при температуре воздуха до —20°C); пусковая с двигателем с двухступенчатой передачей и подогревателем масла (при температуре воздуха —30°C). Время подогрева составляет 2 ч.
Фирма «Комацу» выпускает: пять видов бульдозерного оборудования— с неповоротным полусферическим отвалом, неповоротным полусферическим отвалом с перекосом, поворотным отвалом, сферическим отвалом, толкающим отвалом; три вида рыхлительного оборудования — трехзубый, трехзубый с регулируемым углом рыхления, однозубый с регулируемым углом рыхления. Наибольшая глубина рыхления 1435 мм.
Для полусферического и сферического неповоротных отвалов применен новый механизм компенсации перекоса с длинной штангой, соединяющей левый толкающий брус с кронштейном правого. Подвод рабочей жидкости к гидроцилиндру перекоса отвала осуществляется по трубопроводам, проложенным внутри толкающего бруса.
Основным направлением совершенствования рыхлительного оборудования на тракторах повышенной мощности является увеличение кинематической подвижности в вертикальной плоскости. Это можно проиллюстрировать схемой, характеризующей общее направление создания многозвенного рыхлительного оборудования с регулируемыми углом рыхления и траекторией движения зуба (рис. 1.3).
16
. Наряду с увеличением подвижности в вертикальной плоско-
сти в ряде случаев применительно к заданной технологии работ необходимо увеличение подвижности оборудования и в горизонтальной плоскости (особенно для многозубых рыхлителей) с целью адаптации конструкций к грунтам с разными прочностными свойствами.
Одним из перспективных путей эффективной регулировки шага рыхления является боковой симметричный или с незначительной разницей шага вынос зубьев относительно оси базового трактора с использованием шарнирно-рычажной системы, кинематические параметры которой выбирают исходя из характери-i стик базового трактора и технологических требований, предъявляемых при эксплуатации с целью достижения наилучших показателей работы оборудования.
I Ведущим направлением при создании современных рыхли-
тельно-бульдозерных агрегатов, обеспечивающим эффективную работу этих машин на открытых горных работах, является применение в конструкции:
гидромеханических трансмиссий с переключением передач » под нагрузкой, которые обеспечивают автоматическое изменение скорости движения и тяги машины в зависимости от сопротив-
Рис. 1.3. Навесные устройства рыхлителей с регулируемым углом рыхления а: 1,3,5,6.11 — № 2769625, № 3831684, № 3503456, № 3973632, № 3807508 (производство США); 2, 2а, 4, 9, 12—№ 293962, Ns 429166, № 159709, Ns 787576, № 375356 (производство СССР); 6а. 7, 8, 13—№ 53-206, № 49-39763, № 49-39762, № 48-27404 (производство Японии); 10—№ 2030206 (производство ФРГ) Р — угол поворота тяговой рамы (нижней тяги)
2 К Н. Трубецкой и др.
17
С'
ления движению, предохраняют двигатели от перегрузок и самопроизвольной остановки, уменьшают динамические перегрузки в силовой передаче, регулируют плавность трогания с места и разгон, способствуют улучшению условий труда машиниста вследствие сокращения числа переключений передач при изменении нагрузки на рабочих органах;
мощного гидропривода подъема — опускания навесного оборудования (30—40 % мощности двигателя) с рабочим давлением 20 МПа и более, который обеспечивает быстродействие навесной системы и эффективное внедрение рабочих органов в грунт с максимальным использованием массы машины;
жесткой (полужесткой) трехточечной подвески ходовой системы с микроподрессориванием, которая имеет балансирный брус в передней части трактора и тележки, качающийся относительно задней оси, не совпадающей с осью ведущих колес, что позволяет более эффективно использовать тягово-скоростные свойства машины при работе на неровных поверхностях, предохранить конечные передачи от динамических перегрузок, улучшить проходимость машины вследствие большего дорожного просвета, облегчить сборку — разборку ходовой системы;
оборудования бульдозеров с рыхлителями, имеющими системы автоматического регулирования режимов работы по оптимальному значению тяговой мощности с использованием микропроцессорных систем, подающих необходимые управляющие воздействия на исполнительные устройства навесного оборудования в зависимости от фактической скорости движения и тягового усилия базового трактора.
Перспективы роста экономической эффективности эксплуатации бульдозеров с рыхлителями — рациональное использование мощности базового трактора, повышение безотказности и долговечности машин, сокращение затрат времени на техническое обслуживание и вынужденный ремонт. Реализация данных перспектив возможна при следующих условиях: создание надежных и экономичных двигателей постоянной мощности с удельным расходом топлива не более (62,5 4-64,4) • 10~6 г/Дж (225 4-232 г/кВт-ч), расходом масла на угар не более 0,5 % от расхода топлива, большим коэффициентом запаса крутящего момента и ресурсом 10—15 тыс. машино-ч, равным сроку амортизации машины; блочно-модульное построение конструкции трактора и навесного оборудования, реализующее преимущества агрегатного метода ремонта, обеспечивающего минимальные трудозатраты и высокую степень готовности машины; сокращение точек смазки узлов трактора и навесного оборудования и приспособление их для механизированной смазки и доступного визуального контроля; применение долговременной смазки разового заполнения на весь срок службы узла; исключение или сведение к минимуму регулировочных операций; увеличение интервалов периодичности замены масла за счет создания оптимального температурного режима работы узлов
18
трансмиссии, качественной очистки и применения стойких сортов масла; применение диагностических устройств, специальных приспособлений и инструментов, облегчающих и ускоряющих проведение технического обслуживания; облегчение разборки и замены быстроизнашивающихся деталей; использование башмаков гусеничных цепей из высокопрочных сталей с термообработанными грунтозацепами высотой до 100 мм; обеспечение ресурса навесного оборудования не менее ресурса базового трактора и наработки на отказ единичного изделия не менее ООО мото-ч с дальнейшим ростом до 1100 мото-ч.
На тракторах повышенной мощности особое внимание уделяется повышению комфортности, улучшению условий труда, безопасности машиниста. Для этого осуществляют герметизацию, термо-и шумоизоляцию кабины, используют в ней системы вентиляции и регулируемого обогрева для обеспечения микроклимата на рабочем месте машиниста в любых климатических условиях; подрессоривают кабину и упругие элементы для снижения уровня и гашения вибрации на сиденье и органах управления; устанавливают тонированные стекла в кабине и обеспечивают обзорность рабочих органов и круговой обзор рабочей зоны с места машиниста; располагают рычаги управления трактором и рабочим оборудованием в удобных местах, применяют сервогидравлические и электрические системы управления узлами и агрегатами; устанавливают автоматизированные информационно-диагностические системы контроля с использованием микропроцессоров и датчиков в узлах и выведением на табло в кабине данных, соответствующих фактическим значениям отдельных показателей и обеспечивающих предупредительные световые и звуковые сигналы в процессе работы, в том числе о выключении двигателя в аварийной ситуации; облегчают доступ к обслуживаемым узлам и агрегатам; применяют системы защиты машиниста при опрокидывании машины и от падающих предметов, ремни безопасности; оборудуют машину средствами защиты от вандализма; устанавливают сиденье, регулируемое по массе и росту машиниста и расположению (возможно смещение относительно продольной оси машины и под углом 10— 15и); устанавливают на тракторе и навесном оборудовании ступеньки, гофрированные опоры и поручни для удобства входа — выхода и обслуживания машины; оборудуют трактор источниками освещения (задними и передними) для работы в темное время суток.
Для работы в условиях низких температур на базовых тракторах выполняют дополнительную теплоизоляцию кабины, устанавливают аккумуляторы и оборудуют моторное отделение, увеличивают мощность отопительных установок, комплектуют двигатели специальными пусковыми устройствами с подогревателями охлаждающей жидкости и масла, в которых используются нагревательные элементы электрического типа или работающие на дизельном топливе, устанавливают большее число аккуму
2*
19
ляторных батарей, более мощные стартер и генератор. При изготовлении металлоконструкции базового трактора и навесного оборудования используют специальные хладостойкие малоуглеродистые низколегированные стали с гарантированной ударной вязкостью при температурах —40...—70 °C, резинотехнические изделия из морозостойкой резины на основе фторосиликонового каучука и нитрильных резин перекисной вулканизации.
Одним из основных направлений совершенствования конструкции РБА является повышение их универсальности за счет использования разнообразных типов навесного оборудования: бульдозерного — с прямым, полусферическим и сферическим отвалами, а также с отвалами — усиленным (для толкания скреперов) и увеличенных размеров (под уголь); рыхлительного — в одно- и многозубом исполнении (в зависимости от принятой технологии работ). По специальному заказу рыхлители могут поставляться в модификации для глубокого рыхления.
Трактора повышенной мощности комплектуют бульдозерным оборудованием с *неповоротным полусферическим отвалом в агрегате с однозубым рыхлителем. Практически все современные неповоротные отвалы снабжены механизмом гидроперекоса, а рыхлители имеют механизмы изменения угла рыхления и дистанционного изменения вылета стойки зуба.
Унификация рабочего оборудования РБА связана с относительным сокращением разнообразия узлов и деталей, главным образом, разнотипного рабочего оборудования на тракторе данного типоразмера. Унификация между соседними типоразмерами машин — подетальная, предопределяющая сокращение номенклатуры режущих элементов (ножей и наконечников), а также применяемых сталей и профилей проката.
Использование гидроцилиндров подъема — опускания рыхлителей, унифицированных с гидроцилиндрами изменения угла рыхления, позволяет создать модификации рыхлительного оборудования с различными функциональными возможностями и характеристиками, а также способствует снижению разнотипности их узлов и повышению качества машин. Для бульдозеров и однозубых рыхлителей смежных типоразмеров унифицированными модулями являются соответственно узел гидрораскоса отвала и механизм изменения вылета зуба.
Определяющей тенденцией повышения технического уровня и функциональных свойств РБА является совершенствование конструкции навесного оборудования путем увеличения его подвижности и гидрофикации операции управления.
Подвижность бульдозерного оборудования обеспечивается установкой универсальных шарниров в связях толкающих брусьев и гидроцилиндров с отвалами.
Реализация значительных угловых перемещений при гидроперекосах отвала обусловливает необходимость использования механизма компенсации перекоса, обеспечивающего жесткую кинематическую связь системы при работе. Совершенствование
20
механизма компенсации заключается в переходе от сложных кинематических связей между отвалами и толкающими брусьями к более простым конструкциям в виде поперечной штанги, шарнирно соединяющей отвал с передней частью рамы базового трактора либо установленной диагонально между толкающими брусьями.
Расширение универсальности рыхлительного оборудования достигается увеличением подвижного навесного устройства в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
1.3. КОЛЕСНЫЕ ПОГРУЗЧИКИ
Одноковшовый погрузчик представляет собой самоходную мобильную и маневренную погрузочно-транспортную машину, оборудованную навесным рабочим органом — ковшом, шарнирно закрепленным на конце стрелы (рис. 1.4) и разгружающимся вперед (отсюда название — «фронтальный» погрузчик).
В настоящее время колесные фронтальные одноковшовые карьерные погрузчики изготовляют в СССР, США (фирмы «Катерпиллер трактор компани», «Кларк Эквипмент», «Интер-нейшил харвестер], «Ле турно», «Паккар-Дарт» и др.), Японии (фирмы «Комацу», «Кавасаки» и др.), Италии (фирма «Фиат-Аллис») и других странах. При этом выпуск их непрерывно возрастает.
Бердянским заводом дорожных машин выпускаются опытные партии погрузчиков ТО-21-1 (типа ПК-15) на специальном колесном шасси с шарнирносочлененной рамой. Этот тип погрузчиков является первым из типоразмерного ряда большегрузных колесных и гусеничных погрузчиков (табл. 1.2), разработанного ИПКОН АН СССР и ВНИИстройдормашем.
21
Таблица 1.2
Технические характеристики большегрузных колесных фронтальных одно
Параметры ТО-27-2 ТО-21-1 Катерпиллер Паккар-Дарт
(ТО-21-1А) 988* 988В * 992 * 992С D600B * DE620
Номинальная грузоподъемность, т 7,3 15 (16,5) 8,2 9,6 13,6 17,0 20,4/(16,3)
Вместимость основного ковша «с шапкой», м3 Ширина режущей кромки ковша, мм Наибольшая высота разгрузки ковша, мм Мощность двигателя, кВт: максимальная на маховике Наибольшее усилие черпания (отрывное усилие), кН Наибольшая скорость движения соответственно на I, II, III и IV передачах, км/ч: вперед назад Габариты (при опущенном иа грунт ковше), мм: длина высота (по кабине) ширина Наименьший радиус поворота, м 4,1 3 150 3 200 221 240 7—40 7—40 7,34 9,3 4 170 (4 300) 4 200 (4 480) 588,8 404,5 (515) 402,5 (573) 5,3; 11; 21,2 7,0; 13,4; 23,5 12 380 5010 4 170 9,8 (10,2) 4,6 3 270 3 251 239 175,4 6,4; 14,5; 35,6 6,4; 14,5; 35,6 8 534 3 700 3213 7,85 5,4 3 640 3 200 275,8 357,4 6,4; 11,5; 20,4; 36,2 7,4; 13,2; 23,3; 41,4 10 700 4 130 3 460 7,87 7,65 9,6 4 242 4 343 507,4 290,1 7,5; 17; 40,1 8,3; 18,6; 43,6 11 074 4 500 3988 9,74 10,8 11,5 4 4520/ 6' 51 529,2 5,8; 11,3; 19,3; 35,4 5,8; 11,3; 19,3; 35,4 12 850 5 4 9,45 /(9,18) 724 (4724) И 38,3 32,18 35,2 13 560 590 470 10,31
Масса погрузчика, т 27 74 30,8 38,5 64,3 87,0 81,8 84
Тип трансмиссии Г идромеханическая Дизель-электри-ческая
Страна-изготовитель СССР
* Применяются на карьерах СССР.
** Вместимость сменного ковша, м\
Примечания. 1. В числителе приведены данные по предыдущей модели машины, грузчиков с удлиненной стрелой приведены в скобках.
22
ковшовых погрузчиков
Интернейшнл харвестер Ле турно Мичиган
11-560 Н-400С * Н-580* £-600 L-800 £-1200 275В 475В* 475С 675
9,25 15 24,9 13,61 20,4 17,2 24,9 9,25 16,3/(13,6) 32,7
5,2 8,41 16,82** 7,65 11,47 16,82 ** 5,35 9,18 18,35
3 556 4 267 5 486 4013 4 877 — 3 518 4 121 5 664
3 747 4 064 5 359 3 937 5 054 5 700 3 162 4 166 5 180
(5 486) (5 900)
309 272 467 426,5 882,5 812,6 441 386 632,4 588,3 895 279,5 251,7 516,3 464,8 1 030 968
254 364,1 856 429,2 524,4 729,4 214,5 404,3 658
53,4 34,4 28,6 2 4,1 19,3 31,1 3,7; 6,5; 11; 30,1 5,9; 10; 16,4; 26,2
53,4 34,4 28,6 2 4,1 19,3 31,1 3,7; 6,4; 11; 30,1 5,9; 10; 16,4; 26,2
8 941 4 030 10 998 4 572 14 580 5 359 11 989 4 470 13614 4 877 — 8 865 4 013 11 938 4 902 15418 6 502
3 378 4 064 5 486 3 607 4 521 — 3 429 4140 5 461
8,59 9,14 12,37 8,64 9,91 — 8,3 10,46 13,23
35,41 56,16 123,38 58,74 84,14 136 34,88 70,71 176,22
Г идромеханическая Дизель-электрическая Г идромеханическая
США
в знаменателе по новой, заменившей ее. 2. Данные по ряду переменных параметров по*
2а
Погрузчик ТО-21-1 (ТО-21-1А) предназначен для производства землеройно-транспортных и погрузочных работ на карьерах по добыче без предварительного рыхления и с предварительным рыхлением песчано-гравийных, полускальных и скальных пород с насыпной плотностью до 2,5 т/м3 и максимальным размером отдельных кусков 800 мм, а также при разработке россыпных месторождений, строительстве крупных каналов, дамб и др.
Помимо обычного исполнения предусматривается создание модификаций погрузчика для работы в условиях низких температур.
Использование погрузчиков ТО-21-1 в качестве основного погрузочного оборудования в комплексе с карьерными автоса-мосвалами БслАЗ-548А грузоподъемностью 40 т целесообразно в первую очередь на предприятиях с годовым объемом работ 2,5—4 млн. т. В качестве погрузочно-транспортного оборудования эти погрузчики экономически эффективнее по сравнению с традиционным оборудованием на предприятиях с годовым объемом 0,5—2,5 млн т при расстоянии транспортирования 0,3—1 км.
Для производства погрузочных и погрузочно-транспортных работ потребность горднодобывающей промышленности в погрузчиках ТО-21-1 ориентировочно составляет 30—32 % от всего парка отечественных карьерных погрузчиков ТО-27-2, ТО-29, ТО-21УХЛ и ТО-32УХЛ грузоподъемностью соответственно 7,3; 10; 16,5 и 25 т.
Конструкция погрузчика ТО-21-1 разработана с учетом современных тенденций в развитии тяжелых карьерных погрузчиков— повышение мощности, надежности, производительности и создание оптимальных условий труда для оператора.
Компоновочная схема погрузчика ТО-21-1 построена по классическому принципу: шарнирно сочлененная рама с двигателем и кабиной на моторной полураме.
Агрегатно-узловая компоновка сборочных единиц позволяет обеспечить: приемлемые габариты, базу и параметры маневренности и проходимости машины; улучшенный доступ к агрегатам и узлам при эксплуатации и ремонтах; возможность проведения ремонтов агрегатно-узловым методом; возможность проведения демонтажа модулей основных сборочных единиц без демонтажа смежных сборочных единиц.
Для полной реализации тягово-сцепных качеств погрузчика ТО-21-1 необходимо увеличение мощности его двигателя на 27—-45%, для чего планируются: установка двигателя мощностью 514,7—588,7 кВт, специально приспособленного для работы в режиме погрузчиков и скреперов; создание модификаций погрузчика с удлиненной стрелой для эффективной работы в комплексе с карьерными автосамосвалами типа БелАЗ-549 грузоподъемностью 75 т, а также со сменными ковшами —скальным
24
(номинальной вместимостью 6,25 м3) и увеличенным (вместимостью 10 м3).
Стандартные погрузчики отвечают требованиям многих отраслей народного хозяйства, но по особому заказу потребителей машиностроительной промышленностью поставляются машины с дополнительными сменными ковшами вместимостью «с шапкой»: 6,25 м3 (рудный); 7,5 м3 (основной породный); 9,1 м3 (для транспортных работ); 10 м3 (для строительно-земляных работ); 12,5 м3 (для каменного угля); 16,67 м3 (для бурого угля и снега).
За рубежом строительные погрузчики начали применять в качестве основного выемочно-погрузочного оборудования на карьерах небольшой мощности в основном с 1965 г., когда были выпущены погрузчики с ковшами вместимостью 3,8—4,6 м3. И только с появлением в 1968—1974 гг. большегрузных карьерных погрузчиков мощностью от 405—515 до 934—1030 кВт начался новый этап использования их в качестве стандартного добычного и вскрышного выемочно-погрузочного и погрузочнотранспортного оборудования на карьерах производительностью до 5 млн т (иногда, до 13 млн т) полезного ископаемого в год.
Кинематические и конструктивные схемы рабочих органов погрузчиков принципиально отличаются от схем рабочих органов экскаваторов типа «прямая лопата». Благодаря достаточно высокому напорному усилию при горизонтальном внедрении ковша, развиваемому за счет сцепной массы погрузчика (превышающей в настоящее время 176 т), оснащению погрузчика поворотным ковшом совковой формы, достижению наиболее рациональной траектории рабочего органа и эффективного процесса черпания разрыхленных горных пород, а также установке погрузчика на колесный ход обеспечивается возможность создания мощных и сверхмощных колесных погрузчиков, массы которых в 5—8 раз меньше, чем массы экскаваторов с ковшами (рис. 1.5) такой же вместимости. Например: масса погрузчика Д-584 (СССР) с ковшом вместимостью 3 м3—-21 т, а экскаватора СЭ-3 с ковшом такой же вместимости— 165 т; масса погрузчика Катерпиллер 988 (США) с ковшом вместимостью 4,6 м3 — 32,1 т, а экскаватора ЭКГ-4,6 (СССР) с ковшом такой же вместимости— 196 т (масса американского экскаватора Бю-сайрус 150-В с ковшом вместимостью 4,6 м3—197,5 т); масса погрузчика Пейлоудер Н-400С (США) с ковшом вместимостью 8,41 м3 — 56,2 т, а экскаватора ЭКГ-8И (СССР) с ковшом вместимостью 8 м3 — 337 т (масса американского экскаватора Марион 182-М с ковшом вместимостью 7,65 м3 — 317 т) и т. д. Таким образом, обеспечивается возможность достижения максимального народнохозяйственного эффекта за счет снижения стоимости погрузчика на единицу мощности, так как при снижении массы погрузчиков в 5—8 раз и, следовательно, их стоимости при одинаковой вместимости ковша погрузчика и экска-
25
ватора и практически равной мощности удельные показатели стоимости на единицу мощности, очевидно, в пользу погрузчиков.
Благодаря этому современные карьерные погрузчики успешно конкурируют с карьерными экскаваторами с ковшами вместимостью до 12 м3. Это также обусловлено следующими основными преимуществами колесных погрузчиков:
сравнительно небольшие капитальные затраты на их приобретение (в 1,5—2 раза меньше, чем для экскаваторов с сопоставимой вместимостью ковша) и значительно меньшие эксплуатационные расходы (на 30—70 %);
высокая скорость передвижения, превышающая в 50—80 раз скорость перемещения экскаваторов, что дает возможность обслуживать одним погрузчиком несколько забоев (горизонтов) одного или двух карьеров, расположенных недалеко один от другого, и использовать погрузчики в качестве погрузочно-транспортного оборудования;
габариты и большая маневренность, позволяющие использовать погрузчики в стесненных условиях карьеров, не доступных экскаваторам;
незначительная зависимость производительности погрузчика от высоты забоя, что создает благоприятные условия для при
26
менения их при разработке невысоких развалов взорванных, горных пород и уступов;
универсальность применения в связи с возможностью качественной зачистки подошвы забоя, подъездных автодорог, уборки негабаритов, а также с использованием комплектов сменного рабочего оборудования — бульдозерных отвалов, челюстных захватов, двухчелюстных ковшей и др.
Наибольшее распространение на карьерах в последние 15— 20 лет получили большегрузные колесные карьерные погрузчики грузоподъемностью 13,6—32,7 т. Например, из зарубежных погрузчиков, применяемых на карьерах СССР, свыше 80 % — погрузчики с ковшами вместимостью 7,65—9,2 м3 и менее 20 °/о — вместимостью 4,6 м3.
Одновременно с ростом числа и появлением новых типоразмеров погрузчиков, пригодных для работы как в строительстве, так и в карьерных условиях, увеличивается их разнообразие. В СССР и за рубежом на открытых горных работах используют, в основном, наиболее простые по конструкции и надежные в эксплуатации неповоротные большегрузные колесные фронтальные карьерные погрузчики с передней разгрузкой ковша.
Грузоподъемность и мощность выпускаемых погрузчиков постоянно увеличиваются, что обеспечивает непрерывное повышение производительности погрузчиков, снижение себестоимости выполнения работ и расширение области применения этих машин. Так, были выпущены погрузчики грузоподъемностью (т) и мощностью (кВт) соответственно: в 1968 г. — 13,6 и 404,5 (Катерпиллер 992) и 20,4 и 515 (Дарт 600); в 1970 г. — 32,7 и 934 (Мичиган 675); в 1978 г. — 24,9 и 846 (Ле турно L-1200) и др. Следует особо подчеркнуть, что за 20 лет мощность погрузчиков Мичиган увеличилась с 98 до 1030 кВт, а Катерпиллер — с 73,5 до 507,4 кВт. Таким образом, среднегодовое увеличение мощности погрузчиков достигает 47 кВт.
Погрузчики грузоподъемностью свыше 10—15 т имеют, как правило, специальное карьерное исполнение металлоконструкции и ходовой части.
Осуществляются разработка и выпуск новых промежуточных типоразмеров колесных погрузчиков, а также дальнейшая модернизация существующих моделей погрузчиков с целью увеличения их грузоподъемности (вместимости ковша) и мощности. При этом, несмотря на рост грузоподъемности и мощности вновь создаваемых и модернизированных большегрузных погрузчиков (см. табл. 1, 2), практически не снижаются их прежние маневровые и мобильные качества (рис. 1.6), технические скорости, развиваемые погрузчиками в карьерных условиях на горизонтальных участках (рис. 1.7) и на подъемах (рис. 1.8), либо увеличиваются, либо остаются на уровне скоростей моделей машин близких типоразмеров, а надежность и степень использования погрузчиков возрастают.
27
Рис. 1.6. График изменения максимальной транспортной скорости омах погрузчиков Катерпиллер предыдущего выпуска (/) и новых усовершенствованных (2) в зависимости от их номинальной грузоподъемности дп
Рис. 1.7. График зависимости транспортной (/) и рабочей (2) технических скоростей v погрузчиков Катерпиллер на горизонтальных участках карьерных дорог переходного типа от их номинальной грузоподъемности qn
Рис. 1.8. График зависимости расчетных скоростей v погрузчиков Катерпиллер от их грузоподъемности qn при подъеме дороги 10 (/) и 20 % (2)
Специальные базовые машины погрузчиков компонуют, как правило, по четырехколесной схеме, причем все колеса — ведущие.
Погрузчики изготавливают преимущественно с двухсекционной шарнирно-сочлененной рамой.
За последние 20 лет вследствие постоянного увеличения скорости погрузчиков значительные конструктивные изменения претерпели шины больших размеров. В результате этого возросла их стойкость при работе на взорванных скальных породах и в тяжелом транспортном режиме, так как скорость оказывает не менее существенное влияние на износ шин, чем нагрузка. Если учесть, что только в США от 35 до 50 % погрузчиков грузоподъемностью свыше 13,6 т используются в качестве погрузочно-транспортного оборудования в карьерах и на площадках заводов, то значение проблемы совершенствования шин трудно переоценить. Современные шины больших размеров изготовляют с высокопрочными найлоновыми, стальными или ком
28
бинированными кордами и многослойными утолщенными протекторами из твердой резины. При этом протекторы шин карьерного и скального типов имеют большую насыщенность и увеличенную глубину рисунков.
Использование бескамерных шин низкого давления (245— 451 кПа) обеспечивает значительное снижение массы погрузчиков, повышение надежности и долговечности ходовой части, особенно при работе на карьерах с переувлажненными грунтами и с большим содержанием абразивной мелкой крошки, резкое повышение рабочих и транспортных скоростей движения погрузчиков, а в случае необходимости — возможность существенного увеличения массы погрузчика за счет загрузки шин бала-стом и др.
Фирма «Катерпиллер» разработала и выпускает для большегрузных погрузчиков прямобортные шины оригинальной конструкции, позволяющей увеличить срок службы шин, производительную мощность машины и снизить стоимость погрузочнотранспортных работ. Прямобортная шина состоит из цельного каркаса овального сечения со спиральной обмоткой из стального троса, окруженного сменным нерастяжимым резиновым установочным ремнем (также армированным стальным тросом), в который залиты опорные плитки для бортового крепления стальных сменных башмаков. Стальные башмаки предохраняют шины от внезапных повреждений скальной породой, а протектор— от истирания. Все это ограничило область применения защитных цепей.
Современные карьерные погрузчики предназначены для нормальной работы в комплексе с автосамосвалами грузоподъемностью до 170 т. Крупнейшие зарубежные фирмы «Дарт», «Кларк» и «Ле турно» помимо моделей со стандартной стрелой разработали и выпускают погрузчики с удлиненной стрелой, обеспечивающие возможность нормальной работы с автосамосвалами грузоподъемностью до 350 т: соответственно D600 и DE620, Мичиган 475В и L-800. При этом для погрузки пород с одинаковой насыпной плотностью при увеличении высоты разгрузки ковша в автосамосвал на 18,4—27,4 % номинальная грузоподъемность погрузчика (т) снижается соответственно на 20—30 %:
=39,16 — 4,0377' (г = —0,94), (1.1)
где 77' — высота разгрузки ковша (наибольшая) при удлиненной стреле, м; г — коэффициент корреляции.
Все большегрузные погрузчики в последние 20 лет выпускаются с гидравлическим приводом управления погрузочным оборудованием. Электромеханический привод, применявшийся ранее на погрузчиках фирмы «Ле турно», не оправдал себя и оказался неперспективным.
В настоящее время большегрузные погрузчики оборудуют либо гидромеханическими, либо дизель-электрическими транс
29
миссиями. Причем за рубежом погрузчики мощностью 386— 846 кВт выпускаются как с гидромеханической, так и с дизель-электрической трансмиссиями, а погрузчики большей мощности (до 1030 кВт)—только с гидромеханической трансмиссией. Например, фирма «Дарт» (США) выпускает серийно погрузчики грузоподъемностью 20,4 т в двух модификациях — с гидромеханической (D600B) и дизель-электрической (DE620) трансмиссиями, а фирма «Ле турно» (США) — погрузчики грузоподъемностью 13,6; 20,4 и 24,9 т только с дизель-электрической трансмиссией.
Другие американские фирмы производят серийно погрузчики меньших и больших типоразмеров только с гидромеханической трансмиссией, например, «Интернейшнл харвестер» выпускает погрузчики грузоподъемностью 15 и 24,9 т, «Кларк эквипмент» — крупнейший в мире двухдвигательный погрузчик Мичиган 675 грузоподъемностью 32,7 т и максимальной мощностью-1030 кВт. Границы применения различных видов трансмиссий определяются, очевидно, не только экономическими соображениями. Так, электротрансмиссии постоянного тока традиционно используются фирмами «Ле турно», выпускающей в настоящее время погрузчики моделей L-600, L-800 и L-1200 мощностью соответственно 386, 632 и 846 кВт, и «Дарт трак компани», производящей погрузчики DE620 мощностью 588 кВт.
Особое внимание уделяют системам, облегчающим запуск дизельного двигателя при низкой температуре воздуха — применяют различные способы предкамерного подогрева рабочей смеси в цилиндрах калильными свечами, комбинированные системы подогрева воды и картерного масла, стартовые аэрозоли на эфирной основе, впрыскиваемые в воздухоочиститель в момент запуска.
Последние модели большегрузных погрузчиков оборудованы: стандартной автоматической системой смазки, осуществляющей смазку подшипников и осей в процессе работы машины, что позволяет увеличить продолжительность рабочего времени смены на 45 мин; специальной автоматической заправочной системой для наполнения топливного бака. Для облегчения ухода за машиной все точки контроля за работой механизмов расположены в местах установки двигателей или в кабине машиниста.
Постоянно улучшают комфортные условия работы машиниста. В стандартном исполнении кабину большегрузных погрузчиков оснащают двумя ветровыми окнами с цветным стеклом, кондиционером, обогревателем кабины, стеклообогревате-лями, фильтром, который очищает весь поступающий в кабину воздух. Кроме этого кабину выполняют звуконепроницаемой» на ветровых окнах устанавливают стеклоочистители, сиденье оснащают пневматическим амортизатором. Откидные или раздвижные двери большого размера, расположенные обычно с двух сторон кабины, облегчают машинисту вход и выход из нее.
30
1.4. САМОХОДНЫЕ СКРЕПЕРЫ
Скрепер — это самоходная землеройно-транспортная машина ковшового типа цикличного действия (рис. 1.9), предназначенная для послойной разработки грунтов до IV категории включительно (для III и IV категорий — после предварительного рыхления), перемещения горной массы из забоя в отвал и отсыпки в отвале слоями заданной толщины. При этом скреперы частично уплотняют отсыпанный грунт.
Самоходным является скрепер, представляющий собой (в отличие от прицепного) единую машину с собственной силовой установкой, обеспечивающей передвижение и управление рабочими органами.
При большом разнообразии конструкций все скреперы имеют рабочее и тяговое оборудование.
Рабочее оборудование, предназначенное для набора, перевозки и выгрузки горной массы, состоит из ковша и механизмов управления.
Современные скреперы по способу загрузки ковша разделяются на два типа: загружаемые за счет подпора грунта при реализации тягового усилия — скребковые скреперы; заполняемые с помощью специального загрузочного устройства — скреперы с элеваторной или шнековой загрузкой.
Ковш скрепера первого типа состоит из днища и боковых стенок. На передней кромке днища — подножевой плите — устанавливают ножи с режущей кромкой (для тяжелых условий режущую кромку оснащают сменными зубьями). В передней части ковша размещают подвижную заслонку, с помощью которой машинист регулирует размер щели между режущей кромкой ковша и нижней кромкой заслонки в зависимости от типа и толщины срезаемого слоя грунта.
Ковш скребкового скрепера разгружается путем выдвижения грунта задней стенкой в щель, образованную полностью поднятой заслонкой. Такой способ разгрузки называется принудительным и является наиболее распространенным. В скре-
Рис. 1.9. Самоходный скрепер ДЗ-13:
I—одноосный специальный тягач БелАЗ-531Б; 2—сцепное устройство; 3—ковш; 4—заслонка; 5—стенка задняя; 6—буфер
31
перах с элеваторной загрузкой вместо заслонки установлен скребковый элеватор, транспортирующий срезанный ножом слой грунта в ковш.
Элеваторный скрепер разгружается через щель, образуемую откатным днищем. При этом часть грунта из ковша высыпается самотеком, а остальная —выдвигается задней стенкой. Подъем и опускание ковша и заслонки, выдвижение и возврат задней стенки, а также поступательное движение скребков элеватора осуществляются в скреперах обоих типов приводом рабочего оборудования и механизмом управления им.
Тяговое оборудование (тягач) предназначено для передвижения скрепера при наборе и транспортировании грунта.
В настоящее время выпускаются двухосные и трехосные самоходные скреперы.
Двухосный самоходный скрепер представляет собой шарнирно-сочлененную машину на базе одноосного тягача. Поворот такого скрепера осуществляется за счет поворота тягача относительно скреперного оборудования вокруг оси, расположенной в зоне передних колес.
Трехосный самоходный скрепер имеет систему поворота двухосного базового тягача. Поворот осуществляется за счет управляемых колес или шарнирно-сочлененной рамы. Скреперное оборудование шарнирно опирается передней частью на раму тягача.
Двухосные скреперы выпускаются в одномоторном (с приводом передней оси) и двухмоторном (с приводом передней и задней оси) исполнении.
Двухосные одномоторные скреперы с загрузкой тяговым усилием и одной ведущей осью являются наиболее распространенными вследствие простоты конструкции и меньшей стоимости по сравнению с другими типами скреперов. Особенность эксплуатации таких скреперов — необходимость использования трактора-толкача при загрузке.
Самоходные двухосные двухмоторные скребковые скреперы предназначены, главным образом, для работы в тяжелых дорожно-транспортных условиях, характеризующихся крутыми затяжными подъемами. Вместимость ковша двухмоторного скрепера и его грузоподъемность такие же, как у одномоторного этой же серии, а затраты на приобретение и эксплуатацию на 27—33 % выше. Вместе с тем, за счет повышенной проходимости машины, обеспечивающей работоспособность ее в периоды распутицы, что увеличивает число рабочих дней в году, и роста в 1,3—1,6 раза фактической скорости движения производительность двухмоторных скреперов возрастает (по сравнению с одномоторными) более чем на 25—30 %.
Двухмоторные скреперы имеют преимущества перед одномоторными при транспортировании грунта на небольшие расстояния, когда необходимы высокие тягово-динамические свойства машины.
32
Заполнение ковша двухмоторного скрепера производится с помощью толкача, и только при работе на легких грунтах возможна работа скрепера без него.
Следует отметить, что, по мнению специалистов зарубежных фирм, выпускающих двухмоторные скреперы, дополнительный двигатель предназначен, главным образом, для достижения эффекта в транспортном режиме работы машины.
Рационально объединение двух скребковых двухмоторных скреперов посредством разъемного соединения. На первом (заднем) скрепере устанавливают толкающий блок—-амортизатор и скобу, на втором (переднем)—буферный блок, в который упирается толкающий блок, и крюк, на который накидывается скоба заднего скрепера. При подходе к забою первый скрепер опускает ковш и начинает загрузку с помощью второго скрепера, служащего в этот момент толкачом. Окончив загрузку, первый, уже загруженный, скрепер помогает загружаться второму, выполняя функции тягача. После этого скреперы разъединяются и следуют к месту разгрузки. Сцепка и расцепка производятся на ходу в течение 0,2 мин. Наполнение каждой машины длится 0,6—0,9 мин. В ковш переднего скрепера загружается материала на 6—7 % меньше, чем в ковш заднего, что обусловливается более высоким тяговым усилием загруженного переднего скрепера, служащего тягачом.
При объединении двух скреперов в комплекс исключается необходимость использования трактора-толкача; сокращаются простои из-за несогласованности работы толкача и скрепера; обеспечиваются простота эксплуатации и универсальность, так как возможна раздельная эксплуатация скреперов как обычных скреперов с толкачами. Но при этом должны учитываться факторы, ограничивающие применение данных комплексов: наличие забоя длиной не менее 60 м; затрудненное начало врезки ковша в разрабатываемый массив; снижение коэффициента сцепления и увеличение времени погрузки в условиях повышенной влажности.
Скрепер с элеваторной загрузкой, не требующий применения трактора-толкача, наиболее эффективно используют на коротких и средних расстояниях. В ковше такого скрепера вместо передней заслонки установлен элеватор, транспортирующий срезанный ножом грунт.
Область применения скреперов данного типа резко сужается при наличии дорог с затяжными крутыми подъемами или с высоким сопротивлением движению. Максимальные уклоны, преодолеваемые одномоторными элеваторными скреперами, составляют 20—25 % •
Оснащение элеваторных скреперов вторым двигателем расширило область их применения и в настоящее время они используются даже при разработке полускальных пород (мергель, сланцы и т. д.), разрыхленных рыхлителями. Анализ данных на ЭВМ показал, что в сравнимых условиях эксплуатация элева
3 К. Н. Трубецкой и др.
33
торного двухмоторного скрепера более эффективна, чем эксплуатация группы обычных одномоторных скреперов, состоящей из трех скреперов, и одного толкача. Экономические показатели становятся примерно одинаковыми только при использовании группы из 4—6 скреперов с одним толкачом. Если один толкач обслуживает более семи скреперов, то предпочтительнее применять обычные одномоторные скреперы.
Исходя из основной особенности скрепера с элеваторной загрузкой — возможности эффективной работы без трактора-толкача, наиболее эффективно эксплуатировать его в условиях незначительных объемов, а также при повышенных требованиях к селективной выемке (до 5 см).
При выборе типа скрепера определяющими факторами являются объемы работ, транспортные условия, физико-механические свойства и типы разрабатываемых пород. При этом все они должны учитываться комплексно.
Объемы работ. Большие объемы работ определяют выбор наиболее производительного оборудования, при использовании которого себестоимость разработки 1 м3 горной массы наименьшая. Вместе с тем, при больших объемах работ и незначительной дальности транспортирования использование оборудования меньшего типоразмера может оказаться более эффективным.
Транспортные условия. Длительность рабочего цикла скрепера в основном зависит от дальности транспортирования, характера трассы и общего сопротивления движению.
В значительной степени условия транспортирования влияют на область применения одномоторных скреперов. В зависимости от типоразмера скрепера и грунтовых условий груженый одномоторный скрепер может преодолевать подъемы до 15%, порожний— до 25%, двухмоторный скрепер с нагрузкой—до 35%.
Физико-механические характеристики и типы разрабатываемых пород. Свойства разрабатываемых пород (плотность, коэффициент разрыхления, гранулометрический состав, влажность, связность, налипаемость, абразивность, крепость, блочность и др.) во многом определяют возможность использования и области эффективного применения скреперов того или иного типа (рис. 1.10).
В связи с созданием специальных усиленных конструкций скреперов, предназначенных для разработки скальных пород > ____________
Э, Рис. 1.10. Области эффективного (сплошные
-----------линии) и ограниченного (штриховые линии) ^п-п-------применения современных большегрузных скре-
перов при разработке различных пород:
______— — / — наносы, рыхлые породы; II — гравий; III—смесь Р_______________________рыхлых и скальных пород; IV—скальные породы, раз-
^1 рыхленные рыхлителем; V— взорванные скальные поро-
~ ды; Ci, С2—скреперы скребковые одно- и двухмоторные;
__ ___— _____J---3--- Сп_п—скреперы системы «Пуш-Пул»; Э2~скреперы 2 И Ш .ZZ К-----------элеваторные одно- и двухмоторные
34
с размером куска до 800 мм, границу применения скреперов для данных типов пород определяют исходя из возможности механического рыхления разрабатываемого массива. Это объясняется тем, что механическое рыхление обеспечивает приемлемые условия работы скрепера в забое. При этом рыхлительно-бульдозерный агрегат часто используют в качестве трактора-толкача. Одномоторные и, в меньшей степени, двухмоторные скреперы специального исполнения можно также применять при разработке хорошо взорванных пород.
Ранее скреперы с элеваторной загрузкой использовали лишь при разработке рыхлых, сыпучих пород (песка, супеси, гравия). С созданием двухмоторных элеваторных скреперов область их возможного применения значительно расширилась, и в настоящее время известны случаи использования скреперов данного типа при разработке скальных пород, разрыхленных рыхлителем.
Вместе с тем, двухмоторные скреперы в определенных условиях имеют более ограниченные области эффективного применения, чем обычные одномоторные, вследствие повышенных затрат на шины, обусловленных их износом при пробуксовке задних колес, контролировать которую водитель не может.
Минимальный диапазон разрабатываемых материалов имеют скреперы, объединенные в систему «Пуш-Пул» (см. рис. 1.10). Однако возможность независимого друг от друга использования таких скреперов с толкачом расширяет область применения их как двухмоторных скреперов.
Технические характеристики серийно выпускаемых и созданных в настоящее время опытных образцов отечественных большегрузных самоходных скреперов приведены в табл. 1.3.
1.5. КОЛЕСНЫЕ БУЛЬДОЗЕРЫ
Увеличение мощности колесных тягачей и создание износостойких шин с глубоким рисунком протектора обусловили выпуск ряда пневмоколесных бульдозеров для открытых горных работ (табл. 1.4). Такие бульдозеры обладают хорошими динамическими качествами, отличаются высокими маневренностью и скоростью. Эксплуатация их наиболее целесообразна в комплексе с экскаваторами, фронтальными погрузчиками и РБА.
Несмотря на то, что колесные бульдозеры имеют недостаточное сцепление колес с грунтом и значительный износ шин, они являются весьма эффективными для использования в различных горно-технических условиях. Данные машины просты в эксплуатации и ремонте, а ходовая часть их примерно в три раза долговечнее, чем у гусеничных тракторов. На замену хода пневмоколесного бульдозера затрачивается в среднем 8 чел.-ч вместо 300 чел.-ч, необходимых на ту же операцию для гусеничных машин. Благодаря высокой мобильности один пневмоколес-ный бульдозер может при выполнении вспомогательных работ
3*
35
Таблица 1.3
Технические характеристики отечественных большегрузных самоходных скреперов
Параметры ДЗ-74 ДЗ-13 Д 3-115 Д3-107-1
Грузоподъемность, т — 27 29 45
Вместимость ковша, м3:
геометрическая 8 15 25
«с шапкой» 10 18 29
Колесная схема — 4X2 4X4
Число моторов 1 2
Базовый тягач:
модель К-702 БелАЗ-531 БелАЗ-531 Б —
мощность, кВт 155,5 265 407
Мощность второй (задней) 265 407
силовой установки, кВт
Параметры резания, мм:
ширина 2718 2 820 3 020 3 820
глубина 350 400
Типоразмер щин 720—635 27 -33 37,5—39
Управление рабочим обо- Гидравли- Электро- Гидравли- Электро-
рудованием ческое гидравли- ческое гидрав-
ческое лическое
Наибольшая скорость дви- 45 55 50
жения, км/ч
Габариты, мм:
длина 13 600 12 840 13 900 10 150
ширина 3 078 3 400 3 610 4-130
высота 3 380 3 600 3 800 4 300
Масса, т 23,1 34,8 44,3 69,4
Таблица 1.4
Технические характеристики отечественных колесных бульдозеров
Параметры ДЗ-48 (Д-661) Д-581 Д3-113
Базовая машина К-702 МоАЗ-542 —
Мощность двигателя, кВт 147 180 405
Тип бульдозера (отвала) Неповоротный универсальный —
Размеры отвала, мм:
длина 3600 3200 4840
высота 1200 1050 —
Максимальное заглубление, мм 300 650 —
Угол резания, градус Габариты с трактором, мм: 50-60 —. —
длина 7500 7080 —
ширина 3600 3200 —
высота 3590 3190 —
Максимальное тяговое усилие, кН Масса, т: 59 122,5 451
бульдозерного оборудования 3,1 12,54 —
общая (с трактором) 18,1 21 54
36
в карьере заменить 2—3 бульдозера на гусеничном ходу, что позволяет снизить стоимость работ более чем в два раза. Осо- • бенно широкое применение колесные бульдозеры получили за рубежом. Например, в США они составляют 60 % карьерного парка бульдозеров (табл. 1.5).
Отечественной промышленностью с 1978 г. начато производство бульдозеров ДЗ-48 (Д-661) на базе колесного трактора К-702 с двигателем мощностью 147 кВт.
Курганским заводом колесных тягачей выпускается модель бульдозера МАЗ-538 с двигателем мощностью 265—294 кВт, а также намечается выпуск его трехосной модификации МАЗ-538Д с двигателем мощностью 147 кВт.
Планируется создание тяжелого колесного бульдозера Д-113 с двигателем мощностью 405—442 кВт.
1.6. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
В нашей стране и за рубежом разрабатываются и выпускаются различные виды мобильного оборудования, предназначенного для комплексной эксплуатации.
Ведущие предприятия, осуществляющие производство данного оборудования в СССР, — Минское НПО «Дормаш», Балаковский завод самоходных землеройных машин, Могилевский автомобильный завод им. С. М. Кирова, Челябинский ордена Ленина завод дорожных машин им. Колющенко, Чебоксарский завод промышленных тракторов и др.
Ведущими зарубежными предприятиями, выпускающими мобильное оборудование, являются фирмы «Катерпиллер» (США), «Комацу» (Япония), «Фиат-Аллис» (Италия — США); «Интер-нейшнл дрессер» (США), «Либхерр» (ФРГ) и др.
Для фронтальных погрузчиков, рыхлительно-бульдозерных агрегатов, самоходных скреперных агрегатов характерны следующие общие основные тенденции производства и конструктивные особенности:
проектирование машин в виде динамически-размерно-подоб-ных объектов, позволяющее быстро создавать их на базе существующих, отработанных и проверенных в эксплуатации конструкций, обеспечивать оптимальное решение вопросов стандартизации и унификации;
выпуск машин по типоразмерным рядам с использованием модульного принципа в их конструкциях, широкой номенклатуры сменного рабочего оборудования, обладающих высокой надежностью и производительностью, с комфортабельными кабинами;
расширение типоразмерных рядов за счет выпуска сверхтяжелых машин, повышающих эффективность разработки прочных грунтов и увеличивающих оптимальную дальность транспортирования;
37
Таблица 1.5
Технические характеристики пневмоколесных бульдозеров производства США
Параметры Катерпиллер Хуг Ле турне
824 834 117 1200 -500 Т450А Т600А
Двигатель: мощность, кВт (л. с) частота вращения, об/мин Число передач: вперед назад Максимальная скорость движения, км/ч: вперед назад Ширина отвала, мм: стандартная по спецзаказу Размер шины, мм Число слоев корда Давление, кПа Габариты, мм: длина с отвалом ширина высота база Колея, мм Радиус поворота по наружной кромке отвала, мм Масса, кг 220 (300) 2060 29,77 4 038-3 773 1 219-1 435 723-736 2 7 402-8 001 3 073 2 743 3 556 2 324 6 680 28 294 294 (400) 2000 3 32,82 35,72 4470-3738 14 448 723—858 22 35 8 026 3 302 2 819 3810 2 540 7 213 34 519 235 (320) 2200 24,14 22,53 2 997 762 649-635 20 206-275 2 845 3 556 5715 15 876 218 (296) 4 42,96 4 204 1 321 723-736 16 172 8 166 3 251 3 657 3 759 2 438 7 645 30 845 410 (558) 2 2 24,14 4 052 1 219 953-809 30 206 8 839 3 657 4 063 3 683 7 544 65 772 349 (475) 00 Б. 16 4 216 15 98 9 652 3 708 4318 3 937 2 692 6 401 43 092 467 (635) -» * 09 4 876 24 6 172 10 109 3 759 4 046 4318 7 620 61 690
* Б. с, — бесступенчатая передача.
Продолжение табл. 1.6
Параметры Кларк Вабко
180 180А 380 380А 1-90 1-105 1-110 1-120С
Двигатель:
мощность, кВт (л. с) 125 (170) 234 (318) 349 (475) 368 (500) 129 (175) 168 (228) 191 (260) 318 (432)
частота вращения, об/мнн 2 200 2 100 2 500 2 100 2 500 2 100
Число передач:
вперед 4 8 6 4
назад 4 3 4 2
Максимальная скорость
движения, км/ч:
вперед 44,89 29,77 41.35
37,97 50,2 37,81 46,02. 49,4
назад 43,76 28,64 8,27
Ширина отвала, мм:
стандартная 3 429 4 064 4 267 4 978 3 200 3 353 3 359 3 962
по спецзаказу 1 117 1 321 1 473 651 965 1 219 1 371 1 778
Размер шины, мм 597-635 723-736 851-809 845-635 457-610 597-635 649-635 723-635
Число слоев корда 12 16 2 3 12 14; 16 16 22
Давление, кПа 137 172 — — — — —
Габариты, мм:
длина с отвалом : 6 096 8 229 7 670 9 549 4 419 4 825 4 926 6 223
ширина 2 994 3 353 3 708 3 581 2 743 3 149 3 225 3 845
высота 2 921 3 657 3 886 4 140 2 972 3 200 3 505 3 505
база 2 540 3810 3 302 4 673 2 845 2 997 2 997 2 997
Колея, мм 2 108; 2 387; 2 692 2 426 2 387 2 387 2 641
2 184 2 844 2 743 2 254
Радиус поворота по наруж- 7 950 7 010 10 135 8 586 2 653 7010 7 163 7 468
ной кромке отвала, мм
Масса, кг 18 144 30 028 44 226 49 352 43 608 20 866 24 948 31 752
использование в качестве базовых машин специализированных промышленных тракторов и пневмоколесных шасси;
широкое применение новых материалов, высококачественных сталей и специального проката;
стандартизация параметров методов испытаний в рамках стандартов предприятия (фирмы), национальных и международных стандартов (ИСО), унификация, кооперирование производства, поставка комплектующих запчастей и сменного оборудования специализированными предприятиями (фирмами);
оснащение мобильных машин специального назначения дистанционным радиоуправлением, автоматикой, бортовой микропроцессорной техникой для оптимизации режимов работы.
Основными конструктивными особенностями мобильного оборудования являются:
установка высокооборотных дизелей с всережимным регулятором, удельным расходом топлива (62 4- 66) • 10~6 г/Дж (224 4-4-238 г/квт-ч), допустимым угаром масла 0,3—0,5 % от расхода топлива и коэффициентом запаса крутящего момента 0,2—0,3;
преимущественное применение гидромеханических приводов в трансмиссиях с переключением передач под нагрузкой,, а также гидрообъемных трансмиссий и электрических приводов;
совершенствование ходовой части путем использования долговременной смазки;
оборудование машин в целях повышения безопасности встроенными в кабины каркасами систем РОПС и ФОПС и ремнями безопасности, предохраняющими машинистов от травмирования при опрокидывании машины, а также от падающих предметов;
использование конструкций, обеспечивающих снижение затрат и упрощающих процесс технического обслуживания машин (концентрация точек техобслуживания в легкодоступном месте; сокращение видов масел и точек смазки, а также периодичности выполнения работ; оборудование машин диагностическими пастами для проверки состояния узлов и режимов работы в процессе эксплуатации);
применение дополнительного оборудования для использования на машинах в условиях низких (до —60 °C) и высоких (до +60 °C) температур.
Рыхлительно-бульдозерные агрегаты в настоящее время представлены широкой гаммой конструктивно-подобных машин, в значительной мере унифицированных между собой. Кроме того, сохраняется принцип конструктивного подобия узлов и агрегатов, осуществляется выпуск широкой номенклатуры навесного оборудования для всего типоразмерного ряда базовых тракторов.
Зарубежные фирмы постоянно совершенствуют серийные машины и приводят периодическую (через 3—5 лет) модернизацию их (увеличение мощности и массы, снижение удельных показателей) с целью повышения конкурентоспособности.
40
Внедрение новых отдельных узлов осуществляется после всесторонней проверки их на стендах и в эксплуатационных условиях. Прогрессивные конструктивные решения одной из фиРм могут внедряться другими ведущими фирмами. 1- БА проектируют и производят с учетом создания технологически увязанных комплексов машин, обеспечивающих выполнение определенных видов горных работ при минимальной стоимости и наибольшей производительности. Принципиальные конструктивные и компоновочные схемы РБА длительное время сохраняются, при этом постоянно совершенствуются отдельные узлы и система технического обслуживания машин. Освоение каждой новой модели машины и, в особенности, принципиально новых конструкций осуществляется после экономической проверки целесообразности ее создания, расчетов и проектирования двух-четырех вариантов, стендовых испытаний узлов, пробной эксплуатации опытных образцов и сбора сведений с мест эксплуатации из различных климатических зон.
Так, получив положительные результаты испытаний и одобрение потребителей, фирма «Катерпиллер» использовала прогрессивные оригинальные решения, заложенные в конструкции рыхлительно-бульдозерного агрегата D-10 мощностью 515 кВт, в двух других, менее мощных моделях ряда бульдозерных рых-.лнтелей.
При снижении спроса на мировом рынке машины снимаются с производства. Например, фирма «Комацу» перестала выпускать глубоководные бульдозеры, так как низкий спрос на них не оправдывает затрат на производство, фирма «Дрессер» по той же причине сняла с производства уникальный по размерам колесный бульдозер модели V-220 мощностью 1060 кВт.
Ведущие фирмы производят отдельные комплектующие РБА в тех случаях, когда поставщики не обеспечивают необходимой долговечности изделия. Так, фирмы «Катерпиллер», «Комацу» устанавливают двигатели, узлы гидропривода, шланги, ножи, наконечники рыхлителей собственного изготовления. Широко используются детали и узлы бульдозеров, изготовленные специализированными фирмами. Например, элементы ходовой части РБА для фирм «Катерпиллер», «Комацу», «Фиат-Аллис» производят фирмы «Италтрактор» (Италия), «Бандерсон» (США) и др.
Зарубежные фирмы осуществляют комплектацию РБА по заказам потребителей, поэтому ряд узлов (кабины, щитки опорных катков и двигателей) относятся к дополнительному оборудованию. Многие РБА могут поставляться оснащенными гидроперекосом отвала или без него, с теми или иными видами дополнительного и сменного рабочего оборудования (однозубые пли многозубые рыхлители, поворотные, неповоротные, сферические, полусферические или другие отвалы), с гусеничными .лентами, предназначенными для различных условий эксплуатации РБА.
41
За рубежом наблюдается постоянный рост типоразмерных рядов РБА вследствие появления машин повышенной единичной мощности, обеспечивающей увеличение производительности и возможность разработки более прочных грунтов.
Периоды освоения производства машин повышенной единичной мощности достаточно длительные, например, бульдозер-рыхлитель D-555A фирмы «Комацу» осваивался около 10 лет. С целью сокращения этих периодов в конструкциях тяжелых машин используют отдельные (проверенные) узлы машин, близких по мощности. Например, узлы трансмиссии и систем управления бульдозера 319 фирмы «Фиат-Аллис» унифицированы с узлами модели 41В.
Зарубежные фирмы выпускают различные модели специальных РБА: для подводных работ; для работ в опасных (с точки-зрения возможности обвала, разрушения, повышенных радиации и температуры) условиях с управлением по радио.
Для защиты интересов потребителей машин служат национальные (например, SAE) и международные (ИСО) стандарты, которые обязывают машиностроителей соблюдать установленные правила в части мест установки контрольно-измерительных приборов, размеров и номенклатуры инструментов и специального оборудования, методов испытаний машин и механизмов, методов расчета основных параметров и показателей.
Зарубежные фирмы уделяют большое внимание разработке систем автоматизации и частичной роботизации РБА. В этом направлении ведутся научно-исследовательские работы, в результате которых такие системы начинают внедрять в конструкциях новых машин. Например, бульдозер-рыхлитель модели D-555A фирмы «Комацу» оснащен пятью автоматическими системами управления: копания и транспортирования грунта отвалом, рыхления грунта рыхлителем, планировки, переключения гидромеханической трансмиссии и заправки топливом. Данные системы существенно облегчают работу водителя,, обеспечивают эксплуатацию машины при оптимальных режимах нагружения и позволяют повысить ее производительность.
Двигатели промышленных тракторов для РБА отличаются высокой надежностью и обеспечивают оптимальный отбор мощности на привод рабочего оборудования. Рамы их достаточно* жестки и надежно предохраняют от воздействия внешних сил узлы и детали двигателя и трансмиссии.
Некоторые ведущие фирмы оснащают базовые трактора двигателями собственного производства (например, «Катерпиллер»), некоторые — как своими двигателями, так и двигателями других специализированных фирм (например, «Камминс», «Паркинс», «Форд» и др.). Фирма «Комацу» на РБА D-455A установила двигатель VTA 1710С-800 фирмы «Камминс» (США), а на других моделях — двигатели собственной конструкции и изготовления.
42
В современных серийных РБА применяют, как правило, гидромеханические трансмиссии. По сравнению с электромеханическим приводом, используемым на ряде РБА повышенной единичной мощности, гидромеханический привод имеет существенные преимущества: меньшую чувствительность к действию пыли и воды, меньшую трудоемкость технического обслуживания, сокращение расхода дорогостоящих материалов (меди и др.),обеспечение более высоких транспортных скоростей машины. При этом обязательно применение гидротрансформаторов.
В конструкциях рыхлительно-бульдозерных агрегатов усовершенствована и модернизирована ходовая часть: применены уплотненные шарниры звеньев гусениц, разъемное замковое звено гусениц, сочлененные венцы ведущих звездочек, гусеницы с ведущей звездочкой, расположенной над рамой гусеничной тележки.
В особых случаях выпускают специальные машины или модификации стандартных машин с уширенными гусеницами (давление на грунт до 0,011 МПа), предназначенные для работы на слабонесущих грунтах.
Ходовая часть большинства РБА, выпускаемых ведущими зарубежными фирмами, имеет полужесткую подвеску гусениц с балансирной балкой, устанавливаемой на амортизаторах, гасящих вибрацию и удары, передаваемые на раму и рабочее место.
Эластично-балансирные подвески ходовой части находят все большее применение на РБА повышенной единичной мощности, выпускаемых фирмами «Катерпиллер» (D8L, D9L, D-10 и D-11) и «Комацу» (Д-555А). Гусеницы этих машин — составные, с уплотненными шарнирами. Звенья гусениц изготавливают из марганцовистой стали с присадками бора.
Конструкция ходовой части агрегатов D8L, D9L, D-10 и D-11 (с приподнятым ведущим колесом) обеспечивает отсутствие разрабатываемого грунта в зоне контакта ведущего колеса с гусеничной лентой, что снижает износ контактирующих поверхностей. Кроме того, при такой конструктивной схеме бортовой редуктор не подвергается ударным нагрузкам.
Навесное оборудование новых типов РБА имеет полностью гидрофицированное управление подъемом — опусканием и углом перекоса отвала. Новые машины выпускают, в основном, с отвалами полусферической формы, а также с привязочными узлами для сменного оборудования, унифицированными с основным рабочим органом, для производства специальных работ в соответствующих условиях. Гусеничные бульдозеры мощностью 147 кВт и более по заказам потребителей оснащают рыхлителями заднего расположения с одним или тремя зубьями. Конструкции навесного оборудования и материалы режущих элементов постоянно совершенствуются.
Для современных типов одноковшовых фронтальных колесных погрузчиков характерно непрерывное увеличение
43
грузоподъемности и мощности. Металлоконструкции и ходовые части погрузчиков грузоподъемностью свыше 15 т изготовляют, как правило, в специальном карьерном исполнении.
Современные колесные погрузчики выпускают, в основном,, на базе специальных самоходных пневмоколесных шасси, отличительными особенностями которых являются: наличие двух ведущих мостов, специальных трансмиссий и шин, обеспечивающих высокие маневровые и тяговые качества; наличие мощных двигателей, позволяющих развивать высокие транспортные скорости; рациональная компоновка узлов шасси и их сравнительно небольшие размеры, а также наличие сервоусилителей в рулевом управлении, обеспечивающих хорошую маневренность; рациональное расположение центра тяжести за счет специальной компоновки основных узлов и агрегатов; специальная балансирная подвеска заднего моста, которая обеспечивает возможность касания колесами грунта на неровных площадках: высокие прочность и надежность узлов и агрегатов.
На современных погрузчиках устанавливают, как правило, четырехтактные дизельные двигатели с частотой вращения ка-ленчатого вала до 2500 об/мин. Для дополнительного повышения мощности дизельного двигателя в пределах 50 % широко-применяют турбонаддув.
В настоящее время в конструкциях мощных колесных погрузчиков используются в основном гидромеханические и ди-зель-электрические трансмиссии. Преимуществом гидромеханической трансмиссии является возможность переключения передач под нагрузкой без разрыва потока мощности. К недостаткам относятся сравнительно большая масса и высокая стоимость трансмиссии.
Фирмы «Ле турно», «Петтибоун» (США) применяют электрические трансмиссии, которые обладают хорошей приспосаб-ливаемостью к динамическим нагрузкам, возникающим при работе погрузчика, а также обеспечивают удобство компоновки. Однако высокая стоимость, сложность обслуживания и ремонта и некоторые другие факторы ограничивают применение электрических трансмиссий.
Большое внимание при конструировании современных погрузчиков уделяют ходовой части. Мощные карьерные погрузчики, изготовляемые по четырехопорной колесной схеме, имеют обычно односледное шасси. Передний мост погрузчика подвешивается жестко, задний — при помощи специального балансира, который обеспечивает хорошую амортизацию моста и увеличивает сцепление с опорной поверхностью. На колесных погрузчиках чаще всего применяют тормоза колодочного типа. Отдельные модели погрузчиков зарубежных фирм, например, фирмы «Мертон» (Великобритания), оснащают дисковыми тормозами фирмы «Данлоп» (США), состоящими из стального1 закаленного диска с прижимными пластинами. Привод тормозов — гидравлический (реже — пневматический).
44
Гидросистемы современных моделей погрузчиков оборудуют шестеренными и лопастными насосами. Широкое распространение в отечественных и зарубежных конструкциях погрузчиков получили шестеренные насосы как наиболее долговечные и надежные в работе.
Все модели колесных и гусеничных погрузчиков отличаются большим числом разнообразных сменных рабочих органов.
Сложившийся за период 1975—1988 гг. процесс производства скреперов характеризуется: преимущественным выпуском самоходных машин (например, в США до 99%); увеличением до 50—56 % выпуска скреперов с элеваторной загрузкой; увеличением до 30 % выпуска скреперов в двухмоторном исполнении.
Конструкции самоходных скреперов за последние 10—15 лет стабилизировались — их оснащают быстроходными дизельными двигателями с турбонаддувом, в ведущих мостах устанавливают блокируемые дифференциалы, на каждую ось — аварийные и независимые тормоза, широко применяют амортизирующие подвески, а также усиленные ковши с коробчатой конструкцией стенок.
Значительное внимание уделяется улучшению условий труда оператора, автоматизации процессов управления, требованиям эргономики и техники безопасности.
Анализ информации показывает, что за последние 20 лет произошла смена двух поколений машин, но процесс производства скреперов развивался, не затрагивая существенным образом основного технического принципа функционирования и структурной схемы конструкции.
Силовая установка на современных скреперах, включающая дизельный двигатель с турбонаддувом, обеспечивает высокую частоту вращения вала (2000—2500 мин-1) на номинальном режиме. Большое внимание уделяется очистке поступающего в двигатель воздуха (система воздухопитания обеспечивает очистку воздуха на 99,9%)- Особенностью некоторых конструкций двухмоторных скреперов является то, что оба двигателя питаются от одного топливного бака.
Силовая передача современных скреперов включает в себя гидротрансформатор, многоступенчатую механическую коробку передач с переключением передач под нагрузкой с помощью гидроуправляемых фрикционов, ведущий мост с дифференциалом, главной передачей и колесным редуктором.
Механическая многоступенчатая коробка передач вального или планетарного типа имеет шесть — восемь передач переднего хода и одну передачу заднего хода. На некоторых новых моделях скреперов с элеваторной загрузкой в систему управления встраивают микропроцессор, который существенно расширяет ее функциональные возможности. Система автоматически переключает передачи трансмиссии и в процессе копания управляет заглублением и скоростью элеватора.
45
Особое внимание уделяют системам торможения. На современных скреперах применяют, в основном, тормоза с пневмоприводом. Тормозные системы для задних и передних колес идентичны по конструкции, но независимы в управлении: выход из строя одной линии привода или какого-либо элемента не приводит к полной потере тормозных свойств. Для защиты тормозов от попадания песка, грязи и воды производят герметизацию колес.
В системах подвески используют, в основном, две схемы, различающиеся расположением амортизирующих устройств. Первая схема предусматривает подрессоривание переднего ведущего моста скрепера путем установки двух пневмогидравлических цилиндров между мостом и рамой тягача. Цилиндры подвески воспринимают вертикальные усилия и выполняют роль упругих рессор и амортизаторов. Вторая схема подвески, разработанная и применяемая фирмой «Катерпиллер», предусматривает введение пневмогидравлического цилиндра в конструкцию опорно-сцепного устройства.
Применение упругой подвески на скрепере позволяет повысить эффективность его работы, так как при этом: возрастает производительность машины за счет увеличения ее транспортной скорости (скорость машины в рабочих условиях часто ограничивается уровнем вертикальных колебаний, что не позволяет в полной мере использовать запас установленной мощности); за счет снижения уровня колебаний увеличивается долговечность металлоконструкции и шин, снижается интенсивность разрушения дорожного основания, уменьшается процесс образования выбоин п волнистости на транспортных путях; улучшаются условия труда оператора, снижается его утомляемость.
В системах рулевого управления и рабочего оборудования современных скреперов широко применяют гидропривод. Наибольшее распространение получила гидравлическая система с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости, позволяющая снизить эксплуатационные расходы и трудоемкость обслуживания. Гидросистемы закрытого типа применяются практически на всех двухмоторных скреперах с элеваторной загрузкой.
В последние годы практически все зарубежные самоходные скреперы выпускаются с кабинами, нестандартное оборудование которых включает в себя кондиционер, отопитель, вентилятор. В некоторых моделях скреперов предусмотрены съемные кабины, поставляемые по заказу потребителя отдельно или смонтированными на машине. Для обеспечения безопасности оператора в случае опрокидывания машины кабину оборудуют усиленным каркасом, который устанавливают дополнительно либо встраивают в конструкцию кабины. Большое внимание уделяется конструкции сиденья оператора. Например, стандартное регулируемое сидение «Терекс» на воздушной подушке имеет четыре степени свободы. Кабины хорошо шумо- и термоизолированы, максимально защищены от вибрации.
46
Современные скреперы не требуют ежедневного или посменного обслуживания. Минимальный интервал между процессами смазки составляет 50—100 ч. Применяют дистанционную смазку шарниров и подвески тягача, шарниров механизма выгрузки ковша. В последних моделях скреперов осуществляют централизованную смазку узлов.
В конструкции скрепера предусматривают централизованную зону техобслуживания с удобным доступом к сборочным единицам и агрегатам, требующим ухода.
В настоящее время достаточно высок уровень унификации современных скреперов, в которых используется, как правило, модульный принцип конструкций. Примерами унифицированных конструкций (модулей) для создания серии скреперов являются скреперы фирм «Катерпиллер», «Фиат-Аллис», «Терекс» и др.
Принцип унификации и модульного проектирования широко применяется также в отечественных скреперах. Ковш с заслонкой и задней стенкой, а также гидравлическая система самоходного скрепера ДЗ-87-1 почти полностью унифицирована с таким же оборудованием прицепного скрепера ДЗ-111А. Аналогично унифицированы скреперы прицепной ДЗ-77 и самоходный (полуприцепной) ДЗ-74 (вместимость ковша 8 м3) на базе колесного трактора К-702. У скреперов ДЗ-13А и ДЗ-115 унифицированы также тяговая рама и агрегаты силовой установки и трансмиссии одноосного тягача БелАЗ-531, которые являются базовыми также для скреперов с элеваторной загрузкой с ковшами вместимостью 15—20 м3 в одномоторном и двухмоторном исполнениях.
Повышение эффективности использования скреперов на планировочных работах связано с использованием в последние годы систем автоматизации на основе лазерной техники.
Отечественной промышленностью созданы мобильные машины, отличающиеся оригинальными конструкциями и отвечающие в основном требованиям мирового уровня развития подобной техники. К ним относится, например, рыхлитель Д-652АС в комплексе с бульдозером Д-572 (на базе тягача ДЭТ-250 мощностью 150 кВт). Применение в данной машине дизель-электрической трансмиссии позволило улучшить динамические характеристики и повысить уровень экономичности рыхлителя.
Основной особенностью мобильной машины многоцелевого назначения (скрепер-дозер), сконструированной и созданной ВНИИстройдормашем, является выполнение сразу или поочередно двух операций — скреперования и бульдозирования. Это достигается оригинальной компоновкой скреперного ковша (вместимость 20 м3) между гусеницами машины при передней навеске отвала, который может поворачиваться в вертикальной плоскости на значительный угол.
2. ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСОВ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
2.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ КОМПЛЕКСОВ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Технологическими схемами, по определению акад. В. В. Ржевского, называют варианты систем разработки, различающиеся видами применяемого горного и транспортного оборудования в комплектах, наличием дополнительных связей между машинами комплекта (например, перегружателей), взаимным расположением вскрышных и добычных комплектов оборудования.
Многообразие условий открытой разработки месторождений различных полезных ископаемых и используемых видов комплексов мобильного оборудования обусловливает применение большого числа специальных технологических схем. В этой связи возникает необходимость в систематизации технологических схем по классификационным признакам, выбираемым в соответствии с определением «технологическая схема».
Исходя из этого, в основу предложенной классификации технологических схем открытой разработки месторождений с применением комплексов мобильного оборудования (табл. 2.1) положены следующие основные признаки: виды горного и транспортного оборудования; способ и технология подготовки горных пород к выемке; наличие дополнительных связей между машинами комплекта; взаимное расположение вскрышных и добычных комплектов оборудования. Дополнительным признаком является способ производства открытых горных работ. Классификация разработана на основе обобщения результатов исследований, выполненных авторами, и зарубежного опыта и включает современные известные типовые и перспективные технологические схемы открытой разработки месторождений с применением комплексов мобильного оборудования.
2.2. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ
ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСОВ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЦИКЛИЧНОГО ДЕЙСТВИЯ
Структурные особенности технологических схем горных работ с использованием комплексов мобильного оборудования (см. табл. 2.1) и области их применения во многом определяются конкретными горно-техническими условиями разработки месторождений, а также горным и транспортным оборудованием, применяемым для выполнения смежных технологических процессов при производстве вскрышных и добычных работ.
48
Рис. 2 1. Технологическая схема открытой разработки месторождений с горизонтальным и пологим залеганием пластов при применении буровзрывного рыхления, карьерных погрузчиков и автотранспорта с одновременным производством рекультивационных работ:
1—погрузчик; 2—~автосамосвал; з—углевоз; 4—колесный бульдозер; 5—автогрейдер; 6—бу~ ровой станок
Рис. 2.2. Схема комплексной механизации перегрузочного склада руды Костомукшского ГОКа при использовании колесных погрузчиков ПК-15 с ковшом вместимостью 7,5 м3 (а) или экскаваторов ЭКГ-8И с ковшом вместимостью 8 м3 (б):
— железнодорожный думпкар; 2—погрузчик; 3—авто самосвал; 4— бульдозер; 5—экскаватор; — ось склада; 7—штабель руды
Схема IA применяется при разработке рудных и известняковых карьеров производственной мощностью до 10 млн т в год, а также угольных карьеров при одновременном производстве рекультивационных работ (рис. 2.1), что объясняется ее простотой и возможностью использования в широком диапазоне горнотехнических условий. Новое развитие она получила в схеме комплексной механизации перегрузочного склада руды производительностью 24 млн т в год (рис. 2.2), разработанной и спроектированной для Костомукшского ГОКа институтом Гип-роруда. Годовой экономический эффект от внедрения данной схемы составляет 290 тыс. руб.
4 К- Н. Трубецкой и др.
49
о Таблица 2.1
Классификация технологических схем открытой разработки месторождений с применением комплексов мобильного оборудования
Схема комплексной механизации Способ и технология подготовки горных пород к выемке Максимальный размер куска, мм Технология выемочно-погрузочных работ Дробление или грохочение Транспорт
Индекс Структура от забоя до перерабатывающего предприятия до отвала (во внутренний отвал)
I Цикличный способ производства горных работ
А Буровой станок — погрузчик — транспортное средство Взрывной — Поперечными ками заход- — Автомобил железнодорс □НЫЙ, ЖНЫЙ
IB То же » . . То же — Погрузчики, автомобиль- Погрузчики
ный, вертолетный
IB » » Поперечными заход-ками (забоями-площадками) Погрузчики, автомобильный, железнодорожный, гравитационный по рудоспускам, железнодорожный
ПА Буровой станок — погрузчик — механическая лопата — транспортное средство Взрывной Поперечными ками высотой 8 м заход-до 6— Автомобильный
* ПБ То же » — Поперечными заход-ками (забоями-площадками) — Погрузчики Автомобильный
III Буровой станок —драглайн — погрузчик — транспортное средство » — Продольными заход-ками — Автомобильный (Драглайн)
IVA Рыхлительно-бульдо-зерный агрегат — погрузчик — транспортное средство Механический, рыхление горизонтальными слоями с буль-дозированием горной массы в штабели 1000-1200 Фронтальными забоями (погрузочный механизм в процессе погрузки перемещается вдоль штабеля) — Автомобил ьный
IVB То же То же, но рыхление наклонными слоями с бульдозированием горной массы вниз по откосу в забой 1000-1200 Забоями-площадка-мн (погрузочный механизм расположен в забое) — То ж<
V Колесный бульдозер — погрузчик — транспортное средство — — Продольными заход-ками (фронтальными забоями) — Автомобильный (Погрузчики)
VI Драглайн (вскрышная механическая лопата) — погрузчик — транспортное средство — — То же — То же (Драглайн или мехло-пата)
сл VII Рыхлитель — скрепер — погрузчик Механический, рыхление горизонтальными или слабона-клоннымн слоями 600 Послойная разработка — Скреперный, комбинированный
Продолжение табл. 2.1
Схема комплексной механизации Способ и технология подготовки горных пород к выемке Максимальный размер куска, мм Технология выемочно-погрузочных работ Дробление или грохочение Транспорт
Индекс Структура от забоя до перерабатывающего предприятия до отвала (во внут- ренний отвал)
VIIIA Рыхлительно-бульдозерный агрегат — буровой станок — погрузчик — транспортное средство Механический в комбинации с взрывным на встряхивание, рыхление горизонтальными слоями с бульдозированием горной массы в штабели 1000-1200 Фронтальными забоями (погрузочный механизм в процессе погрузки перемещается вдоль штабеля) —• Автомобильный
VIIIB То же То же, но рыхление наклонными слоями с бульдозированием горной массы вниз по откосу в забой 1000-1200 Забоями-площадками (погрузочный механизм расположен в забое) — »
Циклично-поточный способ производства горных работ
IX Буровой станок — по- Взрывной — Поперечными заход- Полуста- Погрузчики,
грузчик — дробильный ками (забоями-пло- ционарным конвейерный
агрегат — транспорт- щадками) или само-
ное средство ходным дробильным агре-
гатом
X Буровой станок — погрузчик — транспортное средство » — Поперечными заход-ками — Погрузчики, гравитационный по рудоспускам или рудоскатам конвейерный
XIA Рыхлительно-бульдозер-ный агрегат — погрузчик — дробильный агрегат — транспортное средство Механический, рыхление горизонтальными или наклонными слоями с бульдозированием горной массы в штабели 1000—1200 Черпание из штабеля и доставка материала погрузчиком в ковше до бункера дробилки Полу стационарным или самоходным дробильным агрегатом Погрузчики, конвейерный
Х1Б Рыхлительно-бульдо-зерный агрегат — погрузчик — дробильный агрегат (грохот-питатель) — транспортное средство То же, но с бульдозированием горной массы в забой (на нижележащий горизонт) 1000—1200 Забоями-площадками То же Погрузчики, конвейерный, специальный автомобильный
XII Рыхлительно-бульдо-зерный агрегат — погрузчик — транспортное средство То же без бульдози-рования, но с последующим штабелированием <500 То же Погрузчики, гравитационный по рудоспускам конвейерный
-д Примечание. В схемах XIA и Х1Б комбинированный вид транспорта: от забоя до дробилки (грохота) в карьере —погрузчики, далее до со перерабатывающего предприятия —конвейерный,
Рис. 2.3. Технологическая схема открытой разработки локальных месторождений ценных полезных ископаемых с применением колесных погрузчиков и автомобильного или вертолетного транспорта:
.1—ось движения погрузчика с рудой; 2—взорванная руда; 3—буровой станок; 4—рудное тело; 5—взорванная порода; 6—погрузчик; 7—контейнер для вертолета или авто-
- самосвала
Схема 1Б (рис. 2.3) применяется в условиях открытой разработки месторождений ценных полезных ископаемых, расположенных в труднодоступной местности или отдаленных районах страны. Отработка месторождения ведется уступами высотой 4—5 м, что создает благоприятные условия для раздельной отбойки и выемки ценного полезного ископаемого и породы и обеспечивает наиболее полное извлечение полезного ископаемого из недр при наименьшем разубоживании. Погрузчик используется на вскрышных и добычных работах: загружает взорванную руду в контейнеры в период транспортирования их вертолетами; вывозит породы в отвал, по потребности загружая контейнеры во избежание простоя вертолета.
Основным преимуществом колесных карьерных погрузчиков перед традиционными видами выемочно-погрузочного оборудования является их способность работать как погрузочно-транспортная машина и, следовательно, осуществлять поочередную разработку нескольких забоев. Именно на этом основаны предложенные ИПКОН АН СССР варианты * технологической схемы 1Б.
Схема поочередной работы, погрузчика на двух подуступах. Два смежных по фронту работ уступа, сложенных одинаковыми в горно-технологическом отношении породами (полезное ископаемое или вскрыша), высотой НП. у отрабатываются колесным погрузчиком в следующем порядке (рис. 2.4). Погрузчик 1 производит выемку разрыхленной породы на верхнем уступе, работая в режиме погрузочно-транспортного оборудования, и,
* Разработаны М. Н. Котровским и И. О. Клюевым.
.'54
наполнив ковш, по съезду спускается на рабочую площадку нижнего уступа, где производит разгрузку породы в автосамосвал 2, установленный около съезда. После отработки на верхнем уступе развала длиной с по фронту погрузчик спускается по съезду и продолжает работы на нижнем уступе в режиме выемочно-погрузочного оборудования. Отработав развал взорванных пород нижнего уступа на ту же длину L„. с, погрузчик сооружает новый съезд на верхний уступ из пород взорванного соседнего блока, и весь цикл повторяется.
Шаг переноса съезда определяется из условия равенства планового годового объема горных работ <211Л, приходящегося па один погрузчик, и его годовой производительности Q:
Q™ = Q- (2.1)
Годовая производительность погрузчика
Q ЗбОО^пГСМ^Н^иУЯСМ (2 2)
^ц^р. к
где Еп — геометрическая вместимость ковша погрузчика, м3; Лм — продолжительность смены, ч; k„—коэффициент наполнения ковша; ka — коэффициент использования погрузчика в течение смены; у — плотность горных пород, т/м3; псм—-число смен в году; Тп — продолжительность рабочего цикла погрузчика, с; kp. к — коэффициент разрыхления горных пород в ковше погрузчика.
В конкретных условиях входящие в формулу (2.2) параметры, за исключением продолжительности 7Ц рабочего цикла погрузчика, являются постоянными величинами.
Рис. 2.4. Технологическая схема работы погрузчика на двух подуступах
5&
Продолжительность рабочего цикла погрузчика на верхнем подуступе
Тц.в = tB + tK + tp — 3,6 (0,5£п. с + Lc + Ln. р) X (1/^гр + 1/упор).
(2-3)
где t„ — время наполнения ковша, с; tw — продолжительность маневров при развороте погрузчика в забое и после выгрузки породы в автосамосвал, с; tp — время разгрузки ковша, с; L„. с — шаг переноса съезда, м; Lc — длина съезда, м; Ln. р — тормозной путь погрузчика, равный расстояниию от основания •съезда до места разгрузки, м; оГр, «пор— скорость погрузчика при движении соответственно к месту разгрузки и в забой, км/ч.
Продолжительность рабочего цикла погрузчика на нижнем подуступе
Тц.н = ^ + ^м + ^ (2-4)
Среднее расчетное время цикла погрузчика с учетом (2.3) и (2.4)
Тц = tH + tM + tp + 1,8 (0,5Лп. с + £с + £п. р) X (1/угр + 1/^пор)- (2-5)
Подставляя среднюю продолжительность рабочего цикла погрузчика в формулу (2.2), приравнивая ее правую часть плановому объему добычи Qnn и решая полученное уравнение относительно Лп.с, получим формулу расчета шага переноса съезда: r f tt Г 3600£п7'см^>ЛиТПСм/(0пл^р. к) ' йн + Cl + tp)
Ьп.с= 1,11 [ 1Д,гр + 1/Рпор
-1,8(£С + АП.Р)]. (2.6)
Схема поочередной работы погрузчика на трех подуступах (рис. 2.5). В этом случае транспортные коммуникации расположены на среднем горизонте. На двух верхних подуступах погрузчик работает так же, как в предыдущей схеме. При отработке блока на нижнем подуступе погрузчик, наполнив ковш, поднимается по съезду на средний подуступ, где выгружает породу в автосамосвалы.
Формулу расчета шага переноса съезда в этом случае получают исходя из тех же соображений, что и при выводе формулы для двух подуступов. Различие заключается в учете скорости о' движения погрузчика с площадки нижнего подуступа на площадку среднего, где расположены транспортные коммуникации. Таким образом,
3600£ПТсмМи¥псм/(^п.-Лр. к) — (Zn + *м + *р) —
— 0,33(£с+ £п.р) (l/frp + 1/fpp + l/fnop) (2.7)
п-с~ 0,33 (1/»гр + 1/Vnop)
Рациональный шаг переноса съезда Ln. с при поочередной работе погрузчика на нескольких подуступах может быть полу-
.56
Рис. 2.5. Технологическая схема работы погрузчика на трех подуступах:
1, 4, 6—положение погрузчика при работе соответственно на верхнем, среднем и нижнеьг. подуступах; 2, 3, 5—положение автосамосвала
чен исходя из условий минимума приведенных затрат на вые-мочно-погрузочные работы ЗпР. i и транспортирование Зпр. 2 горных пород.
Для определения шага переноса съезда и соответствующих ему приведенных затрат на выемочно-погрузочные работы, например погрузчиками ТО-21-1 (СССР) грузоподъемностью 15 т и Н-580 (США) грузоподъемностью 24,9 т, и транспортирование горных пород автотранспортом (автосамосвалами соответственно БелАЗ-548 и БелАЗ-549) пользуются номограммами (рис. 2.6).
Точки пересечения графиков Ln. c = f(Q) с осью абсцисс (Тп. с = 0) соответствуют максимальной для данного погрузчика (в рассматриваемых условиях) эксплуатационной производительности при работе в режиме выемочно-погрузочного оборудования. Наибольшие значения годовой производительности Q для погрузчиков ТО-21-1 (3,6 и 3,25 млн т) и Н-580 (5 и 4,5 млн т) достигаются при работе соответственно на двух и трех подуступах.
Зависимости Зпр = ср (Q) показывают, что для каждой модели погрузчика существуют области значений шага переноса съезда, при которых приведенные суммарные затраты 32 на
57
Рис. 2.6. Номограммы для определения шага переноса съезда £п.с и соответствующих ему приведенных затрат 3|1р при работе погрузчиков ТО-21-1 (сплошные линии) и Н-Б80 (штрих-пунктирные линии) при работе на двух (а) и трех (б) подуступах:
/-bn.c = f (Q): 2-Зпр1 = ф (<3>; 3—Зпр2 = ч> (Q); 4-3s = q> (<2)
погрузку и транспортирование горных пород с увеличением Ln. с изменяются незначительно, что позволяет рекомендовать рациональные границы применения предлагаемых схем. Так, например, для погрузчика ТО-21-1 при работе на двух подуступах верхняя граница области рационального шага переноса съезда £п. с 340 4- 400 м, а при работе на трех подуступах — Ln. с 220 4- 260 м.
Предложенные схемы поочередной работы погрузчиков на двух и трех подуступах рекомендуются для селективной разработки сложноструктурных месторождений полезных ископаемых. При работе по этим схемам транспортные коммуникации расположены только на одной рабочей площадке, что позволяет уменьшить затраты на сооружение и поддержание забойных 58
дорог и улучшить условия эксплуатации карьерного автотранспорта.
Схема IB (рис. 2.7, а, б) в нашей стране признана по существу классической, что подтверждается публикациями в капитальных трудах акад. Н. В. Мельникова, акад. А. А. Ржевского, в книге проф. Б. П. Юматова и др.
В 1974—1975 гг. сектором физико-технических горных проблем ИФЗ им. О. Ю. Шмидта АН СССР, Шерловогорским ГОКом и институтом ЦНИИолово на Шерловогорском оловорудном карьере была проведена (под руководством К. Н. Тру-
Рис. 2.7. Погрузочно-транспортные схемы открытой разработки скальных пород и руд с применением погрузчиков для доставки горной породы:
а—от забоя к рудоспуску; б—от забоя к перегрузочной площадке; в—со склада к'стационарной дробилке; г—от забоя к передвижной дробилке; 1 — буровой станок; 2—погрузчик; 3—рудоспуск*; 4 — железнодорожный состав; 5—думпкар; 6—стационарная дробильная установка; 7—передвижной (самоходный) дробильный агрегат
5»
Рис. 2.8. Технологическая схема совместной работы погрузчика и экскаватора в комплексе с автотранспортом при отработке развала взорванной горной породы:
Л— автосамосвал; 2—погрузчик; 3—экскаватор
ГОКа достигают 650—700 м. Пр
бецкого) опытно-промышленная проверка предложенной технологической схемы с использованием погрузчика с ковшом вместимостью 8,41 м3 в качестве погрузочно-транспортного оборудования для доставки руды из отвала убогих руд к сегрегационной установке. Обработка результатов опытнопромышленных испытаний позволила определить предельные границы использования погрузчика данной модели в качестве погрузочно-транспортного оборудования (вместо экскаватора ЭКГ-4,6 и автосамосвалов БелАЗ-540), которые для условий Шерловогорского этом суммарная экономия
(по прямым затратам) от применения погрузчика для доставки руды к сегрегационной установке и последующей загрузки им автосамосвалов БелАЗ-540 над- и подгрохотными продуктами составила 0,15 руб./м3.
Институт Южгипроруда в 1974 г. запроектировал открытую разработку Боснийского месторождения доломитов с применением схемы IB для перемещения взорванного доломита погрузчиками типа ПК-15 из забоев к двум наклонным рудоспускам на расстояние до 200 м. Однако до настоящего времени
эта схема не нашла применения на отечественных карьерах, тогда как за рубежом ее успешно применяли (последние 15 лет) на медно-цинковом карьере Пюхасалми (Финляндия) производительностью свыше 0,6 млн т руды в год и продолжают применять на нагорных карьерах: известняковом — Онода цуками (Япония) производительностью 3,6 млн т в год; известняковом— Францфосс и меднорудном — Риппафьерд (оба карьера — в Норвегии) производительностью соответственно 0,65 и 0,6 млн т
в год и др.
Схема ПА (рис. 2.8) предназначена для создания оптимальных условий работы нового мобильного (карьерных погрузчиков) и традиционного (карьерных экскаваторов-мехлопат) оборудования.
Для обоснования эффективности применения схемы совместной работы погрузчика и экскаватора и установления степени влияния их на показатели работы друг друга, процессов погрузки и транспортирования взорванной горной породы в целом в 1973—1974 гг. под руководством К. Н. Трубецкого были про-
60
Рис. 2.9. Зоны работы погрузчика (первая заходка) и экскаватора (вторая заходка)
ведены исследования * в условиях оловорудного карьера Шерловогорского ГОКа.
В соответствии с методикой и программой исследования проводились в два этапа.
На I этапе погрузка взорванной горной массы осуществлялась двумя заходками (рис. 2.9): в первой — погрузчиком (вместимость ковша — 4,6 м3) из развала высотой от 0 до 6 м (зона работы погрузчика), во второй — экскаватором ЭКГ-4,6 из развала высотой 6—12 м (зона работы экскаватора) с последующей отгрузкой породы в автосамосвалы БелАЗ-540.
На II этапе погрузка горной массы экскаватором ЭКГ-4,6 производилась по всей ширине развала высотой от 0 до 12 м двумя заходками.
Объемы работ по каждому этапу, составляющие около 16—18 тыс. м3 горной породы, до начала отработки развала размечались знаками на взорванном массиве, которые по мере отработки контролировались и наносились на планы (М 1 :500) маркшейдерской службой карьера. Для получения сопоставимых условий эксперимента были обеспечены одинаковое качество дробления горной породы и необходимое количество автосамосвалов БелАЗ-540, обслуживающих погрузчик и экскаватор.
Исследования проводились на уступах горизонтов 862 и 826 м. Учитывая идентичность условий проведения эксперимента на каждом горизонте, можно ограничиться рассмотрением процесса буровзрывной подготовки горной породы к погрузке на примере взрыва, произведенного на горизонте 826 м. Породы здесь были представлены крупноблочными брекчиями с коэффициентом крепости 8—10 по шкале проф. М. М. Протодьяко-нова и плотностью 2,65 т/м3.
В соответствии с утвержденным проектом взрыва на участке были пробурены и взорваны 51 скважина диаметром 214 мм и глубиной 14,5—15,5 м. При средней высоте уступа 12 м глубина перебура составила 3 м. Скважины располагались в четыре ряда: расстояние между рядами 7 м, между скважинами в ряду — 6 4-8 м. В первом ряду был пробурен ряд спаренных скважин (расчетное количество заряда не вмещалось в одну скважину). Так как скважины были обводнены (заполнены водой на высоту от 1,5 до 4 м), нижняя часть заряда состояла из зерногранулита, верхняя — из аммонита. Взрывание — бескап-сюльное, с помощью ДШ, короткозамедленное. Интервал
* В проведении исследований принимали участие также В. М. Михневич, Б. Д. Чукалкин, В. Г. Мильгунов, А. К. Звездинский.
61
замедления взрыва каждого последующего ряда — 0,035 с. В результате взрыва было отбито 28850 м3 горной породы. Гранулометрический состав взорванной горной породы в среднем был. следующим:
Крупность фракций, мм . Выход фракций, % • - - 0—300 42,9 301—500 501—700 15,6 9,2 701—900 7,0
Крупность фракций, мм . . 901 — 1100 1101 — 1300 1301 — 1400
Выход фракций, % . . . 6,0 15,1 4,2
В процессе проведения экспериментов на первом и втором этапах было установлено: если при изменении высоты развала от 0 до 6 м продолжительность черпания одним ковшом погрузчика практически остается неизменной, то время черпания одним ковшом экскаватора изменяется в среднем от 8,37 до 23,1 с (за счет двух и более зачерпываний, особенно при высоте развала 0,75—1,5 м) и, как следствие, возрастает продолжительность цикла погрузки экскаватором от 28,6 до 45,3 с.
Исследованиями было выявлено также, что фактическая
производительность не только традиционного, но и нового мобильного погрузочного оборудования в значительной степени зависит от количества работающих в комплексе с ним автотранспортных средств (рис. 2.10). Так, например, увеличение, числа автосамосвалов БелАЗ-540 от двух до шести (в 3 раза) для работы с одним экскаватором приводит к росту производительности его в среднем на 60,6 %, а для работы с одним погрузчиком— на 59,02 %.
Из сопоставления результатов проведенных исследований’ (табл. 2.2) видно, что совместная схема работы погрузчика
и экскаватора по всем показателям предпочтительнее схемы работы экскаватора по всей ширине развала взорванной горной породы. Применение погрузчика для
предварительной уборки части развала высотой до 6 м (см. рис. 2.9) позволяет повысить производительность экскаватора от 160,5 до 200,5 м3/ч (на 25 %). При этом сменная производительность возрастает еще больше (на 35%) за счет сокращения затрат времени на передвижение экскаватора в течение смены, а себестоимость погрузки 1 м3 горной породы значительно снижается.
Рис. 2.10. График зависимости фактической производительности Q экскаватора ЭКГ-4,6 при работе на развале взорванной горной породы высотой от 6 до 12 м (1) и погрузчика с ковшом вместимостью 4,6 м3 при работе на развале высотой от 0 до 6 м (2) от числа Na работающих с ними автосамосвалов БелАЗ-540
62
Таблица 2.2
Результаты исследования работы оборудования по схеме ПА
Показатели I этап II этап
1-я заходка 2-я заходка
Объем погруженной горной породы, тыс. м3 8,04 7,82 18,3
Количество смен (часов), отработанных в процессе наблюдений 9 (54) 6 (39) 19 (114)
Среднесмениое число работающих автосамосвалов БелАЗ-540 3,75 4,6 4,84
Расстояние транспортирования, км 2
Средняя продолжительность цикла 32,6 26,2 31,2
погрузки одного ковша, с Производительность погрузочного оборудования: 893,3
среднесменная, м3 1303,3 963,2
часовая, м3/ч 148,9 200,5 160,5
Плановая себестоимость 1 машино-ч 11,28 15,76
работы оборудования, руб. Себестоимость погрузки 1 м3 горной массы, коп. 7,58 7,88 9,85
В свою очередь, использование экскаватора при разработке высокой части развала взорванного массива (6—12 м) приводит к значительному увеличению производительности погрузчика и, как следствие, к снижению себестоимости погрузки, выполняемой им. Так, среднесменная производительность погрузчика в 1972 г. составила 622 м3, в 1973 г. — 680 м3, в 1974 г.— 561 м3, а за время проведения экспериментов — 893,3 м3 (т. е. увеличилась на 31—59 %), а себестоимость погрузки 1 м3 горной породы, составлявшая в 1972 г. 11 коп., при этом снизилась до 7,58 коп.
На 6—10 % возросла производительность автосамосвалов БелАЗ-540, работавших в комплексе с погрузчиком и экскаватором, по сравнению с их работой на втором этапе исследований. Совместное применение погрузчика и экскаватора (без учета увеличения производительности автосамосвалов) обеспечивает снижение себестоимости погрузки 1 м3 горной породы погрузчиком на 3,42 коп., экскаватором — на 1,97 коп.
Таким образом, установленная степень взаимовлияния экскаватора и погрузчика при их совместной работе на техникоэкономические показатели работы друг друга, а также показатели процессов погрузки и транспортирования горной породы свидетельствует о высокой эффективности и целесообразности широкого применения предложенной схемы совместной работы нового мобильного и традиционного оборудования. Создание оптимальных условий для работы обоих типов погрузочных 63
машин значительно улучшает показатели процессов погрузки и транспортирования горной породы на карьерах.
Результаты экспериментального исследования изменения величины коэффициента разрыхления kr, взорванной горной породы в свободной насыпке на открытой поверхности по длине и высоте развала в зависимости от числа рядов взрываемых скважин, выполненного канд. техн, наук Б. Д. Чукалкиным под руководством К- Н. Трубецкого, подтверждают также правильность выводов о наиболее производительной работе карьерных погрузчиков с ковшами вместимостью 4,6—9,2 м3 при отработке развалов взорванной скальной горной породы поперечными забоями, так как часть развала в пределах первой заходки (на глубину развала до 13—15 м) характеризуется коэффициентом kv— 1,36 4- 1,4 (при трех-, четырехрядном взрывании скважин), что соответствует оптимальной степени дробления горных пород, необходимой для работы погрузчиков.
Схема НА успешно прошла стадию исследования и внедрена в практику карьеров Шерловогорского ГОКа, ПО «Апатит», комбината «Печенганикель» и других со значительным технико-экономическим эффектом.
Схема НБ отличается от схемы ПА тем, что экскаваторы используются только для производства вскрышных работ, а погрузчики— для добычных. Проекты технического перевооружения карьеров цементной промышленности, разработанные институтами Гипронинеруд, Южгипроцемент и Гипроцемент, показывают, что схема ПБ перспективна также для Кувайского, Тимлюйского, Первомайского и ряда других карьеров.
Схема III (рис. 2.11) применяется на карьерах КПО «Фосфорит» производительностью свыше 7 млн т в год и свидетельствует о целесообразности широкого использования ее также при бестранспортной системе разработки и системе «экскаватор — карьер».
Схемы IVA и IVB (рис. 2.12), применяемые в СССР и за рубежом, включает в себя механическое рыхление РБА с последующими штабелированием разрыхленного материала (как правило, той же машиной) при работе РБА на горизонтальной площадке или перемещением материала после рыхления на наклонной площадке вниз по откосу в забой. Различие схем в том, что в первом случае рыхление проводится на горизонтальной площадке, а погрузчик перемещается вдоль штабеля, отгружая разрыхленный материал в автомобильный транспорт, во втором — наклонными слоями вниз по откосу, а разрыхленный материал бульдозируется в забой, где находится погрузочная машина (при минимуме ее перемещений).
Технологическую схему IVA используют, как правило, при разработке горизонтальных или слабонаклонных (угол падения пластов до 5°) пластообразных залежей мощностью до 3—4 м, которые необходимо разрабатывать селективно. Размеры рабочего блока составляют 30X30, 23X46, 30 XI00 и 26 X
64
Рис. 2.11. Технологическая схема горных работ на карьерах КПО «Фосфорит»:
1—колесный погрузчик с ковшом вместимостью 7,65 м3; 2—автосамосвал; 3— драглайи ЭШ-10/60 или ЭП1-15/90; 4—внутренний отвал
Рис. 2.12. Технологическая схема открытой разработки месторождения с применением РБА, погрузчиков и автотранспорта:
а—рыхление горизонтальными или слабоиаклонными слоями; б— рыхление наклонными слоями; / — РБА; 2 — участок рыхления; 3—погрузчик; 4—автосамосвал; 5—штабель
X (150 —200) м. При этом длинная сторона блока расположена вдоль фронта горных работ. Учитывая тяжелые условия буль-дозирования и значительное снижение производительности бульдозера при увеличении расстояния перемещения материала (свыше 30 м), длина прохода рыхлителя составляет, как правило, 20—30 м. Рыхлитель обычно работает без разворота с обратным холостым ходом (челноковая схема). Штабелируя после рыхления материал вдоль длинной стороны рабочего блока при небольшом расстоянии перемещения, рыхлитель, выполняя последовательно две операции, обеспечивает достаточно высокую производительность. При этом в течение восьмичасовой смены время рыхления и штабелирования в зависимости от крепости пород и трещиноватости массива может рапределяться
5 К- Н. Трубецкой и др.
65
следующим образом: рыхление — 20 4-30%, штабелирование—-70 4-80 %.
При средних размерах блока (25X45 м) время рыхления составляет 40—50 мин. После рыхления в течение 2,5—3 ч производят штабелирование или перемещение материала под откос уступа. Затем весь цикл повторяют.
Технологическая схема IVB применяется при поуступной разработке карьера. Рыхление ведут наклонными слоями, причем в зависимости от условий наклон рабочей площадки может составлять 4—10 % или более. Такая технология позволяет увеличить производительность трактора на 25—40 % при рыхлении в бульдозированни материала. Размеры рабочего блока — 35X30, 45X30, 60X30 м. Рыхление и последующее штабелирование осуществляются параллельными проходами. В результате длина штабеля составляет около 30 м.
Данные технологические схемы применяют на карьерах производственной мощностью 0,7—2,5 млн т в год и более, причем на предприятиях с годовой производительностью 0,7—1,5 млн т рыхлитель используют в качестве единственного механизма, производящего рыхление и штабелирование материала. В труд-норыхлимых породах или на карьерах производительностью более 1,5 млн т в год применяют два или более рыхлителей.
В СССР схемы IVA и IVB получили дальнейшие развитие и совершенствование. Так, в 1970—1974 гг. они прошли апробацию и опытно-промышленную проверку на Ковровском карьере по добыче доломита и известняка, при рыхлении известняков на карьере Роздольского горно-химического комбината, на Подольском и Афанасьевском карьерах цементного сырья и др. Это позволило, начиная с 1975 г., впервые в отечественной практике открытых горных работ при разработке цементного сырья внедрить механическое рыхление на известняковом карьере Невьянского цементного завода и с 1976 г. — в промышленности по производству минеральных удобрений на открытых разработках КПО «Фосфорит». Выполненные исследования и накопленный опыт способствовали внедрению уже в середине 70-х годов на одном из крупнейших золоторудных карьеров страны схемы IVA, в структуре комплексной механизации которой было задействовано до 10 рыхлительно-бульдозерных агрегатов (мощность каждого 302 кВт) и 10 колесных погрузчиков зарубежного производства с ковшом вместимостью 8,41 м3.
На основании рекомендаций исследований, выполненных под руководством акад. В. В. Ржевского в Московском горном институте, схема IVA, разработанная институтом «Гипронеруд», с 1978 г. и по настоящее время применяется на Порховском карьере. При этом механический способ является здесь основным и единственным способом подготовки известняков к выемке и транспортированию. Для рыхления используются два отечественных рыхлителя типа Д-652АС на базе тракторов
66
Рис. 2.13. Типовая технологическая схема разработки горизонтальных или пологих (до 5°) маломощных угольных пластов с применением РБА, колесных погрузчиков и автосамосвалов
ДЭТ-250М и Т-330, которые ежегодно подготавливают к погрузке и транспортированию до 800 тыс. т известняка.
По данным разработки Укрниипроекта внедрение комбинированного варианта схем IVA и IVB для выемки 10 млн т угля в год из пластов малой и средней мощности на одном из крупнейших перспективных разрезов — Таллинском позволит получить годовой экономический эффект в сумме 0,65 млн руб.
В 1984—1986 гг. ИПКОН АН СССР провел комплексные исследования технологической схемы IVA с целью определения
5*
67
Таблица 2.3
Основные параметры отрабатываемого блока и расчетные показатели (по НИИОГРу) работы комплексов мобильного оборудования
Погрузчик с ковшом вместимостью, м’
Основные параметры и показатели
3 6 9 12
Ширина рабочей площадки Вр. п, м Длина отрабатываемого блока £б, м Категория пород и угля по трудности экскавации
Коэффициент наполнения ковша
Коэффициент разрыхления горных пород в свободной насыпке на открытой поверхности
Продолжительность рабочего цикла погрузчика, с
Коэффициент использования погрузчика в смену
Число рабочих смен погрузчика в году
Производительность погрузчика:
сменная, м3
годовая, тыс. м3
Сменная производительность рыхли-телыю-бульдозерного агрегата *, м3: при рыхлении при перемещении горных пород
26 31,5
30 20 | 20—30
Ш/П
0,8/0,9
1,33/1,22
60 | 70 | 80 | 90
0,8
750
690
850
530
650
1190 1460"
890
1090
1600
1910
1200
1435
1850
2270
1360
1665
7500
1800
6500 9100
2600 I 3500
* Для погрузчиков с ковшом вместимостью 3—9 м5 принят агрегат на базе трактора ДЭ Т-250, с ковшом вместимостью 12 м3—агрегат иа базе трактора Т-500.
Примечание. В числителе приведены данные, полученные при разработке вскрышных пород, в знаменателе—при разработке угля.
рациональных параметров технологии рыхления и оценки кус-коватости разрыхленных известняков на открытой разработке Белоручейского месторождения известняков. При этом опытнопромышленное рыхление осуществлялось РБА на базе трактора Т-330 с одностоечным рыхлителем ДЗ-94С-1. В результате было установлено, что применение этой схемы позволяет снизить на 15—25 % потери конверторного сырья и в 2,5—4 раза мощность агрегатов дробильно-сортировочного комплекса рудника.
Институт НИИОГР разработал в 1982 г. Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разрезах, в которых также рассмотрены варианты технологии послойной разработки горизонтальных и наклонных угольных пластов с применением рыхлительно-бульдозерных агрегатов и колесных погрузчиков, соответствующие схемам IVA и IVB. При этом были определены условия применения данных вариантов
68
схем на угольных разрезах, элементы системы разработки, расчетные показатели комплексов мобильного оборудования, а также составлены графики последовательности выполнения работ. Вариант схемы IVA (рис. 2.13) рекомендуется при разработке вскрышных пород и угля I—III категории трудности экскавации при углах падения пластов 0—5° и их мощности 0,5—2 м. Схема подъезда автосамосвалов — сквозная или тупиковая. Высота уступа h = 10 4- 15 м, угол его наклона а — 50°. Ширина заходки по целику А =15 4- 18 м, полосы безопасности Ь„ = = 2,5 м. Расстояние от оси автодороги до нижней бровки навала С2 составляет от 3,5 до 4 м, до полосы безопасности С3 — от 3 до 3,5 м, между осями автодорог Е — от 4,5 до 6 м в зависимости от типоразмера автосамосвалов, работающих в комплексе с погрузчиками. Ширина рабочей площадки Вр. п, длина отрабатываемого блока Ьб и расчетные показатели работы комплексов применяемого мобильного оборудования приведены в табл. 2.3.
Рис. 2.14. Типовая технологическая схема послойной разработки горизонтальных и пологих угольных пластов с применением РБА, колесных погрузчиков и автосамосвалов
69
Другой вариант схемы IVA (рис. 2.14) отличается применением тупиковой схемы подъезда автосамосвалов, некоторыми параметрами элементов системы послойной разработки, производительностью рыхлительно-бульдозерного агрегата.
Основные параметры элементов системы разработки и расчетные показатели (по НИИОГРу) работы погрузчика с ковшом вместимостью 3, 6, 9 и 12 м* * 3 приведены ниже.
Ширина, м:
заходки по целику А........................................ 20
полосы для размещения дополнительного оборудования D . . . 6
рабочей площадки Вр. п (минимальная)...................... 26/27,5
Длина отрабатываемого блока £б, м............................. 150—200
Сменная производительность рыхлительно-бульдозерного агрегата при рыхлении*, м3 .............................................. 12 600
* Для рыхления применяют агрегат на базе трактора ДЭТ-250.
Примечание. В числителе — данные для погрузчиков с ковшами вместимостью 3 и 6 м2, в знаменателе—9 и 12 м '.
Вариант схемы IVB (рис. 2.15) предназначен также для разработки вскрышных пород и угля I—III категории по трудности экскавации при углах падения пластов 8—20° и их мощности свыше 0,5 м. Схема подъезда автосамосвалов — сквозная или тупиковая. Основные параметры элементов системы разработки и расчетные показатели (по НИИОГРу) работы погрузчика с ковшом вместимостью 3, 6, 9 и 12 м3 приведены ниже.
Угол падения пласта <р, градус. ............... 10
Высота уступа h, м..................................6—13
Расстояние от оси автодороги до верхней бровки уступа Cs, м . . . . 3
Параметры навала, м:
ширина Ви ......................... 12/15
высота hK . . .................................3/4
Минимальная ширина рабочей площадки Вр. „, м........23/28
Сменная производительность рыхлительно-бульдозерного агрегата *, м3: пры рыхлении . . ............. - . . ......... 9500
при перемещении горных пород..................... 3400
* Для погрузчиков с ковшом вместимостью 3-9 м3 принят агрегат на базе трактора ДЭТ-250, с ковшом вместимостью 12 м*—на базе трактора Т-500.
Примечание. В числителе — данные для погрузчиков с ковшами вместимостью
3 и 6 м\ в знаменателе — с ковшами вместимостью 9 и 12 м3.
ИПКОН АН СССР разработал в 1981 г. комбинированный вариант схемы IVB (рис. 2.16) для открытой разработки Тквар-чельского доломитового месторождения с предварительным сотрясательным взрыванием и последующим механическим рыхлением пластов крупноблочного массивного строения.
Расположение карьера в пределах г. Ткварчели позволяет лишь в северо-западной части его ограниченно производить взрывные работы традиционным методом. Остальная площадь
70
Операции
Продолжи- Время смены, ч тельность,---------------
мин 01234 56 7 »
Рыхление угля 91
Перемещение горной массы 280
Подготовительно-заключительные операции и технологические перерывы: бульдозера-рыхлителя погрузчика 109 109
Погрузка горной массы 671
Рис. 2,15. Типовая технологическая схема открытой разработки наклонных (до 20°) угольных пластов с применением РБА, колесных погрузчиков и автосамосвалов
карьерного поля по условиям безопасности должна разрабатываться с применением механического рыхления. Однако для рыхления крупноблочных пластов требуется предварительное сотрясательное взрывание массива с целью создания в нем искусственной трещиноватости. В соответствии с этим по методике, разработанной ИПКОН АН СССР, ежегодно (в крайнем случае один раз в два года) выявляют местоположение и параметры (мощность, угол падения, простирание) даек крупноблочных пород.
71
Рис. 2.16. Комбинированная технологическая схема отработки Ткварчелнекого доломовитого месторождения:
1—РБА; 2—пласт крупноблочного массивного строения; 3—буровой станок; 4—автосамосвал; б—колесный погрузчик; 6—экскаватор
Скважины диаметром 106 мм бурят в центре даек по их падению. Расстояние между скважинами 2,5—3 м. Удельный расход ВВ в три раза меньше принятого по паспорту БВР. При этом необходимо, чтобы заряд ВВ распределялся по всей глубине скважины (т. е. был рассредоточенным), длина забойки скважины не превышала 1—1,5 м, скважины имели пере-бур по глубине 1—1,5 м, угол наклона скважины был равен углу наклона соответствующей дайки.
После сотрясательного взрывания РБА мощностью 385 кВт и более осуществляет рыхление массива параллельными ходами наклонными (до 10—20°) слоями в направлении с юго-востока на северо-запад. При этом послойное механическое рыхление должно производиться лишь до глубины, равной глубине скважины без перебура. По окончании рыхления одного слоя на всей подготовленной площади РБА используют как бульдозер, перемещающий разрыхленный материал на нижележащий горизонт (см. рис. 2.16). Из навала разрыхленную горную породу колесным погрузчиком ТО-21-1 грузоподъемностью 15 т загружают в автосамосвалы. Помимо рационального сочетания в комплексе с РБА колесные погрузчики целесообразно использовать для перемещения крупных негабаритных кусков в места, безопасные для взрывной разделки негабаритов, а при небольших расстояниях транспортирования до отвалов (до 500 м) — для перемещения и складирования части вскрышных пород.
Предложенная технологическая схема обеспечивает возможность безопасной отработки доломитового месторождения,
72
расположенного на 500 и выше окружающих его с трех сторон жилых и промышленных зданий и сооружений г. Ткварчели, автомобильной и железной дорог, и получение годового экономического эффекта свыше 300 тыс. руб.
На карьере известняка и сланцев Лаэнз (США) используется одностоечный рыхлитель радиального типа на тракторе Терекс 82-40. Рыхление ведется под уклон (4%). Глубина рыхления составляет 76—102 см, размер рабочей площадки 34 X ХЗО м. Разрыхленный материал штабелируется этим же трактором и отгружается из штабелей фронтальным погрузчиком Пейлоудер-560 с ковшом вместимостью 5 м3 в автосамосвалы грузоподъемностью 50 т. Используя рыхлитель в течение 8—-12 ч в сутки, предприятие на 30—35 % снизило общие эксплуатационные затраты на единицу продукции.
В Индии на руднике Орэссо для рыхления скальных покрывающих пород, характеризующихся скоростью распространения упругих волн в массиве 1070—1370 м/с и плотностью 2,2 т/м3, используется одностоечный рыхлитель радиального типа К.Р9 на тракторе Катерпиллер D9G. Глубина рыхления составляет 66—76 см. В течение восьмичасовой смены рыхлитель 3 ч занят на рыхлении и 5 ч — на штабелировании материала для последующей его отгрузки погрузчиком в автосамосвалы. При этом сменная производительность трактора на всех операциях составляет 4,5—5 тыс. т (по целику).
На карьере известняка компании «Мэнли Сэнд» (США) операции по рыхлению выполняет рыхлитель параллелограммного типа 9В на базе трактора Катерпиллер D9G. На удалении рыхлой вскрыши мощностью 3,65 м с бульдозированием ее под откос трактор занят 30 % времени в смену, на рыхлении известняка — 70 %. Рыхление ведется параллельно-перекрестными проходами. При рыхлении 1, 2 и 3-го слоев глубина внедрения зуба рыхлителя составляет соответственно 25, 50 и 137 см. Расстояние между проходами — около 0,5 м. После отгрузки вскрыши погрузчиком с ковшом вместимостью 2,67 м3 из штабеля в автосамосвалы и выполнения операций по рыхлению известняка трактор-бульдозер штабелирует материал, перемещая его к подошве уступа. Тот же погрузчик работает на погрузке известняка в автосамосвалы, которые транспортируют его на перерабатывающее предприятие. Коэффициент использования трактора по времени равен 0,95. Благодаря применению новой технологии рыхления эксплуатационные затраты снижены в три раза.
На предприятии в районе г. Экс-ан-Прованс (Франция) разрабатывают известняки плотностью 2,2—2,4 т/м3. Работы ведутся на двух участках. Высота уступа —9 м. Перед механическим рыхлением производится предварительное сотрясательное взрывание массива. Сетка скважин — 3,5X3 м. Расход ВВ составляет в среднем 200 г/м3. Затем проводятся механическое рыхление и штабелирование разрыхленного материала. Приме-
73
Рис. 2.17. Технологическая схема открытой разработки горизонтальных и пологих пластовых месторождений с рыхлыми породами с применением колесных бульдозеров, погрузчиков и автотранспорта при одновременном производстве рекультивационных работ: 1—погрузчик; 2 -углевоз;’ з —бульдозер
няются рыхлители на тракторах Катерпиллер D9G и D8H. Из штабеля погрузчик Катерпиллер 988 с ковшом вместимостью 4,6 м3 грузит материал в автосамосвалы грузоподъемностью 32 т для транспортирования на дробильно-сортировочный завод. Производительность погрузчика на этих работах составляет около 2000 м3 в смену (максимальная —2500 м3). Рабочая смена длится 10 ч, при этом оборудование работает 9 ч. Работы ведутся в две смены с часовым перерывом.
Схемы V и VI (рис. 2.17 и 2.18), получившие распространение за рубежом, способствуют применению наиболее эффективной технологии рекультивации нарушенных открытыми горными работами территорий.
Схема VII (рис. 2.19) достаточно широко применяется на зарубежных карьерах с годовым объемом добычных работ 1,2—1,8 млн т и вскрышных — до 10 млн м3. Совместно с рыхлителями на тракторах мощностью 285—570 кВт используются скреперы мощностью 300—700 кВт с ковшами вместимостью «с шапкой» 15—33,6 м3. Данная схема получила распространение на карбонатных карьерах, карьерах глинистого компонента цементных предприятий, а также на фосфатных карьерах при удалении вскрышных пород с одновременной рекультивацией.
74
Рис. 2.18. Технологическая схема открытой разработки месторождений с рыхлыми породами с применением драглайна, погрузчиков и автотранспорта при одновременном производстве рекультивационных работ:
1—-драглайн; 2—углевоз; 3 — погрузчик; 4 — колесный бульдозер
Длина блока, разрабатываемого комплексом «рыхлитель — скрепер», принимается кратной длине прохода рыхлителя и может изменяться от 80 до 365 м. Ширина изменяется от 20 до 70 м. В связи с ограничением кусковатости (до 600 мм) расстояние между проходами рыхлителя составляет, как правило, не более 1 м. В некоторых случаях целесообразно перекрестное рыхление.
Наиболее широко в горнодобывающей промышленности применяются скреперы с ковшами вместимостью (геометрической) 18—25 м3. Для улучшения условий погрузки (по практическим данным) совместно со скреперами используют толкачи:
Вместимость ковша скрепера,
м3 ...................... 18*
Мощность тягача, кВт .... 221—442
18** 20 25 30
180-368 556 588—883 > 883
* Одномоторный скрепер.
** Двухмоторный скрепер..
Особенно эффективно применение комплекса «рыхлитель — скрепер» при разработке сложноструктурных месторождений, полезное ископаемое которых характеризуется значительным колебаниями полезных и вредных компонентов, что предопределяет работу в режиме усреднения. После рыхления массива рыхлителем скрепер набирает горную массу в забое и транспорти-
75
Рис. 2.19. Технологическая схема горных работ с использованием комплекса «РБА—самоходный скрепер—колесный погрузчик»: 1 — толкач; 2—-скрепер в процессе загрузки; 3 — РБА; 4— скрепер в процессе разгрузки на усредните льном штабеле; 5 — приемный бункер; 6—колесный погрузчик; 7, 8—полосы скреперования и рыхления; сплошные линии —направление движения груженого скрепера, штриховые — порожнего
рует ее на промплощадку завода (см. рис. 2.19), где складирует в V-образные штабели высотой 7—10 м (одно крыло в отсыпке, другое — в отгрузке). Штабели отсыпаются горизонтальными слоями толщиной около 15 см, причем каждый слой может иметь определенные качественные характеристики. Из штабеля в приемный бункер сырье подается колесным погрузчиком. Среднее расстояние транспортирования — до 50 м. Ковш погрузчика при загрузке пересекает несколько слоев (до 10—15) в перпендикулярном направлении на 1,5—2,5 м, чем достигается надежное и качественное усреднение сырья в ковше перед подачей на переработку.
На цементных заводах Витри, Луазн, Ориньи (Франция), Несименто (США) производительность погрузчика с ковшом вместимостью 4,6 м3 достигает 450 т/ч, на заводе Ковро (Франция) производительность используемых погрузчиков с ковшом вместимостью 7,6—9,2 м3 составляет 1000 т/ч.
В СССР схема VII является перспективной для карьеров объединения «Новоросцемент», Афанасьевского карьера, а также для карьеров цементных заводов «Большевик» и «Красный Октябрь», Пунане-Кунда, Савинский, Ульяновский, Каменец-Подольский, Карагандинский, Липецкий, Ново-Спасский, Сухоложский, Чернореченский, Чимкентский.
В 1978—1979 гг. ГИГХСом были проведены исследования и обоснована целесообразность применения технологии разработки фосфоритных залежей по схеме VII с использованием самоходных большегрузных элеваторных скреперов для перемещения вскрышных пород во внутренние отвалы и транспортирования руды на прирельсовый склад для условий локального участка Полпинского месторождения фосфоритов, внедрение которой позволило расширить сырьевую базу Брянского фосфоритного завода, добыть уже в 1979—1980 гг. из дополнительно поставленных на баланс запасов свыше 480 тыс. т руды и получить народнохозяйственный эффект около 1,9 млн руб. Установлено также, что внедрение технологической схемы VII рационально при открытой разработке локальных участков Егорьевского и Чилисайского месторождений фосфоритных руд и др.
Схемы VIIIA и VIIIB применяются при рыхлении пластов крупноблочного массивного строения, требующих предварительного сотрясательного взрывания горных пород для последующего механического их рыхления.
ИПКОН АН СССР разработал комбинированный вариант схем VIIIA и VIIIB и провел в 1980—1984 гг. опытно-промышленную проверку в условиях открытой разработки Ткварчель-ского доломитового месторождения. Была доказана эффективность сотрясательного взрывания для последующего механического рыхления пластов крупноблочного массивного строения. Рыхление осуществляется при движении РБА мощностью 385 кВт параллельными ходами наклонными (до 10—20°) слоями мощностью до 0,5 м лишь до глубины, равной глубине
77
скважины без перебура. Исследования показали, что при полном переходе на новую технологию подготовки массива горных пород к погрузке себестоимость работ снижается в 1,7 раза при увеличении в 2,1 раза производительности труда рабочих, занятых на бурении, взрывании и механическом рыхлении, по сравнению с традиционной технологией с буровзрывной подготовкой.
ИПКОН АН СССР осуществил опытно-промышленную проверку технологической схемы VIIIA с использованием РБА на базе трактора Т-500 при селективной отработке сильнокремнен-ного известняка и доломита в условиях открытой разработки Бслоручейского месторождения.
2.3. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСОВ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ЦИКЛИЧНО-ПОТОЧНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Схемы IX—XII (см. табл. 2.1) используются при цикличнопоточной технологии горных работ с применением колесных карьерных погрузчиков в качестве погрузочно-транспортного оборудования. Целесообразность использования погрузчиков при расстоянии транспортирования до 0,8 км была доказана авторами еще в 1964 г. В то время в нашей стране и за рубежом считали возможным и экономически целесообразным применение погрузчиков лишь при расстоянии транспортирования до 25—45 м. И только спустя 5—6 лет, в 1968—1969 гг., за рубежом «изобрели» и признали эту «систему» и назвали ее «load and carry», т. е. «грузи и вези».
Особенно эффективно использование погрузчиков в комплексе с конвейерным транспортом (взамен одноковшовых экскаваторов и автотранспорта) для выемки и доставки ими горных пород из забоев к самоходным (передвижным) или полустацио-нарным дробильным установкам (схема IX), грохотильным установкам или передвижным бункерам-питателям (схема Х1Б).
Схема IX (см. рис. 2.7, в, г) была опубликована еще в 1967 г., однако не нашла применения на отечественных карьерах. За рубежом в последние 15 лет эту схему успешно применяли: на открытой разработке гематитового месторождения Германо (Бразилия) производительностью 7 млн т руды в год с доставкой се погрузчиками от забоев к передвижным бункерам-питателям: на карьерах Бонни Дун (США) производительностью 1000—1200 т/ч известняка (максимальная — до 2000 т/ч) и 325—350 т/ч глинистых сланцев (максимальная — до 400 т/ч) с доставкой полезного ископаемого погрузчиками от забоев до передвижных дробилок; на карьере Кирхдорф (Австрия) производительностью 0,4 млн т известняка в год с доставкой полезного ископаемого погрузчиками от забоев к передвижной (на рельсовом ходу) дробильной установке и др.
78
В СССР эта схема может применяться на Ахан-Гаранском, Каменец-Подольском, Липецком, Чернореченском и многих других карьерах цементного сырья.
Схема X отличается от схемы IB тем, что гравитационный транспорт осуществляется не только по рудоспускам, но и по рудоскатам и далее конвейерным транспортом (вместо железнодорожного). Институтами Гипронинеруд, Южгипроцемент и Ги-процемент разрабатываются проекты, предусматривающие применение схемы X на карьерах цементного сырья «Октябрь», «Пролетарий», Душанбинском.
Данная схема успешно используется на ряде зарубежных карьеров. Например, карьер Стайнскоген (Норвегия) производительностью 1,2 млн т в год разрабатывает месторождение нагорного типа. До 1967 г. работы здесь велись по традиционной (цикличной) схеме горных работ с применением экскаватора и автосамосвалов, после 1967 г. — по комбинированной схеме.
Колесный погрузчик 1 фирмы «Катерпиллер» модели 992 с ковшом вместимостью 7,65 м3 доставляет взорванный базальт из забоя к рудоспуску (рис. 2.20), расположенному на расстоянии до 80 м. При увеличении расстояния до 350 м доставка осуществляется автосамосвалом грузоподъемностью 50 т. Далее базальт самотеком поступает по рудоспуску 2 к отделениям первичного 3 и вторичного 5 дробления, перенесенным в подземные выработки, откуда выдается потом по штольне конвейерным транспортом 4. Глубина рудоспуска 90 м, вместимость — около 4 тыс. т. Устье его сечением 40 м2 находится в центре месторождения.
Схемы XIA и Х1Б (рис. 2.21) относятся к числу новых технологических схем циклично-поточного способа производства. Организация работ по этим схемам сводится к следующему. Рыхлитель 1 производит рыхление горизонтальными или наклонными слоями с последующим штабелированием разрыхленного материала в навалы (штабели). Затем погрузчик 2 перемещает его из навалов к полустационарной дробилке 3. После дробления материал транспортируется конвейером 4. Для повышения эффективности использования погрузчиков на погрузочно-транспортных операциях между забоем и дробилкой необходимо поддерживать оптимальное расстояние, которое в зависимости от типоразмера погрузчика и требуемой производительности дробилки может составлять 200—450 м. Сокращению расстояния от забоя до дробилки способствуют отказ от буровзрывных работ для подготовки горной массы к погрузке и переход на механическое рыхление.
Ниже приведены наиболее характерные примеры использования данной схемы на практике, краткие характеристики карьеров и технологических процессов при применении комплексов «рыхлитель — погрузчик — дробилка».
79
Рис. 2.20 Схема открытой разработки месторождения нагорного типа с применением колесного погрузчика, гравитационного н конвейерного транспорта
На карьере Сан Джус (США) дробильно-сортировочного завода производительностью 635 т/ч новая технологическая схема горных и транспортных работ применяется с 1970 г. на разработке месторождения нагорного типа, представляющего собой склон холма высотой около 90 м. Массив сложен тонкими пластами серпентинитов с ярко выраженной слоистостью. Рыхление и перемещение материалов к подножию холма осуществляются двумя тракторами Катерпиллер, оснащенными двух-стосчными рыхлителями. При необходимости (при небольших расстояниях) один из тракторов бульдозирует разрыхленный ма
80
териал к приемному бункеру дробилок. Однако основная горная масса крупностью около 500 мм грузится погрузчиком Мичиган 475 с ковшом вместимостью 10,7 м3 и перемещается им по однополосной автодороге длиной 213 м без специального основания, укатанной погрузчиком. Один —два раза в сутки она обслуживается грейдером и поливается водой для уменьшения пылеобразования. Полное время цикла погрузчика при расстоянии транспортирования в среднем около 426 м в грузовом и порожняковом направлениях составляет менее 2 мин. При сочетании длинных и коротких автодорог и производительности транспортирования 600 т/ч экономически целесообразно расстояние транспортирования до 335 м. Избыток горной массы, получаемый при расстоянии транспортирования менее 230 м, складируют по обе стороны от приемных бункеров-дробилок. С увеличением расстояния свыше 230 м погрузчик для поддержания требуемой производительности загружает приемные бункеры дробилок из этих промежуточных складов.
После трех лет эксплуатации карьера по новой технологической схеме компания отметила снижение выхода нетоварных фракций, значительное уменьшение запыленности зоны карьера и окружающей среды, а также снижение общих затрат на добычу и транспортирование материала по сравнению с традиционной схемой горных работ.
На карьере мергеля Холли хилл (США) механическое рыхление и штабелирование производятся двумя рыхлителями на базе тракторов Катерпиллер D9G. Погрузку и транспортирование породы от забоев до полустационарной дробилки, расположенной на нижнем горизонте карьера, выполняет фронталь-
Рнс. 2.21. Бестранспортная система разработки скальной вскрыши с применением на добыче комплекса «РБА—колесный погрузчик—бункер-питатель» в сочетании с конвейерным транспортом
6 КН. Трубецкой и др.
81
ный колесный погрузчик Катерпиллер 988 с ковшом вместимостью 4,6 м3. Продолжительность рабочего цикла погрузчика при среднем расстоянии транспортирования 213 м составляет менее 2 мин. Горные работы ведутся в одну смену (7,5 ч). Производительность карьера — около 500 тыс. т в год.
Схема XII, отличающаяся от схемы X способом подготовки горных пород к выемке, также относится к числу перспективных технологических схем циклично-поточной технологии горных работ и рекомендуется к применению, в первую очередь на ряде карьеров цементного сырья.
Однако на карьерах СССР технологические схемы открытой разработки месторождений с использованием механического рыхления до сих пор не находят широкого применения в промышленных масштабах (за исключением Порховского известнякового карьера ПО «Псковстройматериалы») из-за невозможности реализации результатов исследований, так как отсутствует новое надежное оборудование большой единичной мощности, и прежде всего рыхлительно-бульдозерные агрегаты, большегрузные колесные карьерные погрузчики и самоходные колесные скреперы.
3. ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЛЕКСОВ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ БУРОВЗРЫВНОМ РЫХЛЕНИИ ГОРНЫХ ПОРОД
3.1. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСОВ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ БУРОВЗРЫВНОМ РЫХЛЕНИИ
При буровзрывной подготовке массивов горных пород к выемочно-погрузочным работам возможны следующие составы комплексов мобильного оборудования:
I. Буровой станок — колесный погрузчик—автосамосвал;
II. Бульдозер — колесный погрузчик — автосамосвал;
III. Бульдозер — колесный погрузчик — передвижной или самоходный дробильный агрегат;
IV. Самоходный скрепер — толкач.
В комплексе I в качестве первого звена используется мобильный буровой станок, второго — колесный погрузчик, технологическая особенность которого (сравнительно небольшая высота черпания) зачастую затрудняет применение его при работе на уступах высотой 10—15 м. Поэтому к буровзрывным работам предъявляются определенные требования.
Опыт последних лет показал, что при использовании колесных погрузчиков в погрузочном звене комплекса мобильного оборудования наиболее эффективна отбойка горной массы от массива наклонными скважинными зарядами (рис. 3.1,а). При этом после взрыва получаются развалы пониженной высоты, что обеспечивает возможность внедрения ковша при наименьших усилиях и времени черпания. При отбойке вертикальными скважинными зарядами (рис. 3.1,6) направление разлета породы при взрыве встречное, поэтому развал после взрыва как бы зажат двумя плоскостями (со стороны подошвы и откоса уступа), что создает напряженное состояние горной массы в развале. При отбойке наклонными скважинами развал горной массы разме
Рнс. 3.1. Схемы развала горной массы после взрывания наклонных (а) и вертикальных (б) скважин
6*
83
щается на откосе уступа и подошве практически свободно. Следует подчеркнуть, что дальность разлета отдельных кусков и наличие негабарита не осложняют работу погрузчиков, так как они сами производят зачистку площадки, грузят и перемещают негабарит в требуемое место.
Некоторое увеличение затрат на буровзрывные работы (за счет уменьшения диаметра скважин, применения комбинированных зарядов и др.) с целью получения более равномерного дробления и низких развалов с полным обнажением откосов уступов быстро окупается значительным повышением эффективности погрузки погрузчиками, что в свою очередь обеспечивает общее снижение затрат на добычу и улучшает использование во времени горного и транспортного оборудования, работающего в комплексе с погрузчиками.
Другой путь повышения эффективности погрузочных работ при использовании колесных погрузчиков на высоких уступах — включение в комплекс бульдозера, который, наряду со снижением высоты развала, улучшает условия погрузки, обеспечивая погрузчик свободно перемещаемой к подошве уступа горной массой. Так, при отбойке вертикальными скважинами в стесненных условиях меднорудного карьера Рио-Тинто (Испания) успешно работает комплекс «бульдозер — колесный погрузчик», обеспечивая лучшие технико-экономические показатели по сравнению с экскаватором-мехлопатой.
Возможна также отработка высоких уступов с разделением развала на выемочные слои.
Мобильность колесных погрузчиков позволяет в условиях буровзрывной подготовки успешно применять циклично-поточную технологию. При этом ограничений, предъявляемых к буровзрывным работам, значительно меньше, чем при использовании экскаватора и самоходного дробильного агрегата. Высокая производительность карьерных колесных погрузчиков при выполнении погрузочно-транспортных работ на расстоянии до 150—200 м позволяет использовать их в технологических схемах циклично-поточного производства.
Применение комплексов мобильного оборудования, состоящих из самоходных скреперов, толкачей и грейдеров, в условиях буровзрывного рыхления ограничивается мелкоблочными, трещиноватыми породами типа сланцев, известняков, мергелей. При этом подготовка пород к выемке заключается в ослаблении массива и обеспечении послойной разработки. Например, на карьере Малапай (США) с помощью указанного комплекса разрабатывается месторождение базальтов, используемых в качестве заполнителей. Взрывные скважины, диаметром 100—150 мм и глубиной 7,5—15 м бурятся по сетке 2,7 X 2,7 и 3,6 X 3,6 м. Взрывание — короткозамедленное. Основной заряд — простейшие ВВ. Вместимость ковша скрепера составляет 23 м3, мощность толкача — 305 кВт. В практике карьеров США известны также разработки взорванных сланцев (карьер Алабама) и из-
84
вестников (Бейлей). При этом с целью уменьшения износа шин в процессе разработки взорванных пород водители должны соблюдать следующие правила: запрещается выполнять повороты, так как это вызывает немедленный разрыв шины; скреперы должны начинать движение при загрузке только после подсоединения толкача.
3.2. КАЧЕСТВО И ПАРАМЕТРЫ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ
Кусковатость взорванных горных пород является одним из основных факторов, определяющих эффективность буровых, взрывных, выемочно-погрузочных и транспортных работ. Увеличение степени дробления вызывает, с одной стороны, повышение затрат на буровые и взрывные работы, с другой — снижение затрат на выемочно-погрузочные и транспортные работы. При этом для горных пород, подвергаемых в технологической цепочке последующему (после взрывной подготовки) механическому дроблению, необходимо учитывать также изменение затрат на это дробление.
Таким образом, оптимальная кусковатость горных пород при взрывной подготовке определяется технико-экономическими расчетами— обычно по минимуму удельных приведенных затрат на буровые, взрывные, выемочно-погрузочные, транспортные работы и дробление.
Многочисленными исследованиями установлено, что в зависимости от вместимости ковша экскавационных машин (до 8 м3) и типа дробильного оборудования оптимальное значение средневзвешенного размера среднего куска dcp по минимуму затрат на основные технологические процессы находится в подавляющем большинстве случаев в пределах 200—400 мм. Установлено также, что характер процесса черпания экскавационными машинами определяется, главным образом, кусковатостью разрабатываемых горных пород, в то время как минералогический состав ее практически не оказывает на него заметного влияния.
В основу существующих классификаций кусковатости взорванных горных пород положены абсолютные значения крупности кусков во взорванном развале и массиве, технология разработки, форма кусков. Однако в процессе исследований было установлено, что если при кусковатости горных пород dcp — 100 мм для погрузчика меньшего типоразмера (с ковшом вместимостью «с шапкой» £'=4,6м3) отношение bK/dcP = 33, то уже для ближайшего большего типоразмера (Е' = 7,65 м3) отношение b!K/dcp = 41, а для ПК-40 (Е'=20 м3) — £»K/dcp = 60. Т. е., если для погрузчика с Е'п = 4,6 м3 горную породу с dcp — 350 мм следует оценивать как крупнокусковую, то для погрузчика ПК-40 ее можно рассматривать как сыпучую среду.
В этой связи возникла необходимость разработки классификации кусковатости разрыхленных горных пород по условиям
85
погрузки их карьерными погрузчиками. В основу данной классификации (табл. 3.1) положены дополняющие друг друга признаки: основной критерий кусковатости — коэффициент разрыхления горных пород в ковше погрузчика kP. к и отношение ширины режущей кромки ковша погрузчика к средневзвешенному размеру среднего куска горной породы bK/dcp. Кусковатость пород разделяется на шесть классов, включая штучный камень, отделенный от массива взрывным или механическим способом (распиловкой, гидроклиновым способом и др.). В последнем случае отсутствует показатель kp. к, но наличие второго признака, положенного в основу настоящей классификации, позволило включить в нее штучный камень.
Таблица 3.1
Классификация кусковатости разрыхленных горных пород
Класс крупности Кусковатость Коэффициент разрыхления в ковше погрузчика яр. к ^к/^ср ПРН вместимости ковша погрузчика, м3
4,6-5,4 7.5—9.2 11,5-14 16,5-20
I Очень мелкая, хорошо разрыхленная 1,25-1,35 > 32 > 41 > 50 > 60
II Мелкая 1,35—1,49 16-32 21-41 25-50 30—60
III Средняя 1,49-1,72 9—16 12-21 14—25 17-30
IV Крупная 1,72—1,84 6-9 7,5—12 9—14 11—17
V Очень крупная > 1,84 < 6 <7,5 <9 < 11
VI Штучный камень —. <3-4 < 3—4 <3-4 <3-4
Производительность выемочно-погрузочного оборудования определяется главным образом вместимостью ковша, коэффициентом наполнения его, продолжительностью цикла погрузки и коэффициентом разрыхления разрабатываемых горных пород. Последние три показателя зависят от качества подготовки полу-скальных и скальных пород к выемке. Причем с уменьшением кусковатости dcp дробленых горных пород производительность погрузчика возрастает при соответствующем увеличении коэффициента наполнения ковша kn, снижении продолжительности черпания t4 (составляющей цикла погрузчика) и коэффициента разрыхления kp. к горных пород в ковше (рис. 3.2). Одновременно с ростом производительности погрузчика и. следовательно, снижением затрат на погрузочно-транспортные работы увеличиваются, как отмечалось выше, затраты на подготовку скальных горных пород к выемке. Таким образом, требуется определить оптимальную степень дробления, обеспечивающую как наивысшую производительность погрузочно-транспортного оборудования, так и минимальные затраты на выполнение основных технологических процессов.
86
Рнс. 3.2, График зависимости показателей процесса черпания погрузчиками с ковшами вместимостью 7,65 (штриховая линия) и 8,41 м3 (сплошная линия) от кусковатости взорванных горных пород dcp:
i-t4=f (dcp); (rfcp); з-йрк=
= f Hep)
Выполненные исследования по изучению основных факторов, влияющих на производительность мобильного погрузочно-транспортного оборудования, позволяют сформулировать требования к качеству и параметрам буровзрывных работ.
1. Взрывное рыхление горных пород должно обеспечивать получение горной породы с коэффициентом разрыхления ее в свободной нысыпке 1,27—1,4.
2. Выбранный в соответствии с качеством подготовки горной породы способ черпания должен обеспечивать наибольшую глубину внедрения ковша в разрабатываемую горную породу.
3. При черпании средне- и крупнокусковой взорванной горной породы плотностью свыше 2,6—2,7 т/м3 нецелесообразно стремиться к использованию максимального заполнения ковша «с шапкой», при этом рекомендуемое значение коэффициента наполнения ковша составляет 1,14—1,15.
4. Технологические схемы с использованием карьерных погрузчиков должны предусматривать разработку взорванной горной породы поперечными заходками, рыхлой (мягкой) горной породы из целика — продольными или поперечными заходками.
5. При высоте забоя до 11—12 м ширина зоны черпания (ширина заходки) погрузчика должна составлять не менее 12— 14 м, а при высоте забоя II —12 м и более эффективная работа погрузчиков достигается на узких заходках шириной до 6—8 м.
6. При совместной работе крупных карьерных экскаваторов и погрузчиков последние предпочтительнее применять при отработке поперечными забоями первой заходки с высотой развала до 6—8 м.
7. При использовании погрузчиков в качестве погрузочно-транспортного оборудования (с разгрузкой ковша не выше транспортного положения) погрузчики должны оснащаться ков
87
шами увеличенной вместимости, так как грузоподъемность погрузчиков при погрузочно-транспортных работах может быть увеличена до 25—40 % по сравнению с их номинальной грузоподъемностью.
3.3. РАЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ РАБОТЫ КОЛЕСНЫХ ПОГРУЗЧИКОВ В КОМПЛЕКСЕ С АВТОСАМОСВАЛАМИ
Технико-экономические показатели погрузочно-транспортного комплекса при использовании карьерных погрузчиков во многом зависят от схем их работы в забоях, а также от правильной установки автосамосвала под загрузку погрузчиком.
К моменту поступления на карьеры страны первых партий большегрузных погрузчиков был известен ряд схем работы погрузчиков с задними управляемыми колесами в комплексе с автотранспортом, однако некоторые из них, как и предложенные новые, требовали дальнейшего изучения и совершенствования. Еще менее изученными были схемы установки автосамосвалов, работающих с погрузчиками, относительно фронта забоя и направления заходок. Например, в работах некоторых авторов отмечалась необходимость установки автосамосвала под углом (примерно) 30° (реже 45°) к фронту забоя. Согласно другим данным установку автосамосвала при этой схеме следует производить под углом 90° к фронту забоя. Таким образом, противоречивость мнений, наличие новых погрузчиков с шарнирно-сочлененной рамой и предложенные схемы обусловили необходимость вновь вернуться к изучению схем работы погрузчиков с автосамосвалами в забоях.
Отсутствие опыта работы у операторов колесных погрузчиков и у водителей автосамосвалов, работающих в комплексе с погрузчиками, в первый период внедрения этих новых машин привело к тому, что погрузка горной породы в автосамосвалы КрАЗ-256 и БелАЗ-540 осуществлялась по малоэффективной челночной схеме погрузки (рис. 3.3), при которой автосамосвал 2 и погрузчик / периодически движутся по прямой назад и вперед соответственно параллельно фронту забоя и перпендикулярно к нему.
Выбор и применение именно челночной схемы погрузки сложились исторически, так как в нашей стране был известен опыт совместной работы лишь гусеничных погрузчиков с автотранспортом, для которых эта схема наиболее предпочтительна вследствие резкого уменьшения износа ходовой части и механизма поворота (благодаря отсутствию поворотов погрузчика).
Однако еще более ранние исследования и зарубежный опыт показывали, что продолжительность рабочего цикла погрузки одним ковшом погрузчика с задними управляемыми колесами при работе по челночной схеме значительно больше, чем при работе по схеме с частичным разворотом порожнего погрузчика при отъезде от автосамосвала к забою и груженого погрузчика
88
Рис. 3.3. Схемы работы погрузчика в комплексе с автотранспортом:
а—челночная; б—с частичным разворотом порожнего погрузчика при отъезде от автосамосвала к забою н груженого погрузчика при движении к автосамосвалу; в—со спаренной двусторонней установкой автосамосвалов под углом 30° к фронту забоя
при движении к автосамосвалу, установленному под углом около 30° (реже 45°) к фронту забоя (рис. 3.3,6).
С целью доказательства преимуществ второй схемы для карьерных погрузчиков с шарнирно-сочлененной рамой на участке Аплитовый отрог Шерловогорского ГОКа с 1971 г. проводились обучение операторов погрузчиков и водителей автосамосвалов работе по этой схеме и хронометражные наблюдения в процессе эксплуатации комплекса погрузочных и транспортных машин по первой и второй схемам работы в одинаковых условиях. В результате сопоставления данных хронометража установлено, что продолжительность погрузочного цикла по первой схеме на 20—50 % выше, чем по второй. Таким образом, вторая схема работы как наиболее эффективная получила признание и успешно применяется на карьерах СССР до настоящего времени.
При нормальном обеспечении погрузчика автосамосвалами КрАЗ-256Б и БелАЗ-540 была также предложена и экспериментально изучена новая схема погрузки со спаренной двусторонней установкой их под углом 30—45° к фронту забоя (рис. 3.3, в). Установлено, что эту схему целесообразно применять при достаточно широких рабочих площадках и интенсивной подаче значительного количества автосамосвалов, когда в ожидании погрузки находится не менее двух-трех машин.
Представляют интерес также новые схемы спаренной работы двух погрузчиков или погрузчика с экскаватором в комплексе с автосамосвалами, применяющиеся на открытых горных разработках КПО «Фосфорит». При спаренной работе двух погрузчиков 2 с ковшами вместимостью 7,65 м3 (рис. 3.4, о) первый груженый погрузчик отъезжает задним ходом по прямой перпендикулярно к фронту забоя (высотой 1,8—2,5 м) на расстояние не более 6—8 м (из расчета свободного и безопасного проезда автосамосвала между забоем и погрузчиком). С отъездом погрузчика совмещается подъем ковша до положения разгрузки.
89
Рнс. 3.4. Схемы спаренной работы погрузчиков (а) с ковшами вместимостью 7,65 м3 или погрузчика и экскаватора ЭКГ-4,6 (б) в комплексе с автосамосвалами БелАЗ-540 на открытых горных разработках КПО «Фосфорит»
Перпендикулярно погрузчику устанавливают автосамосвал 1 под погрузку таким образом, чтобы кузов его находился под ковшом погрузчика. После выгрузки руды из ковша первого погрузчика в кузов автосамосвала последний проезжает вперед под погрузку ко второму груженому погрузчику, который разгружает в кузов второй ковш руды и, тем самым, загружает полностью автосамосвал БелАЗ-540.
При спаренной работе погрузчика 2 с ковшом вместимостью 7,65 м3 и экскаватора 3 типа ЭКГ-4,6 (рис. 3.4,6) разгрузка первого ковша в кузов автосамосвала производится погрузчиком так же, как в первой схеме. После разгрузки первого ковша автосамосвал проезжает вперед и устанавливается под погрузку экскаватором, который загружает автосамосвал окончательно.
Исследования показали, что продолжительность погрузки 27-тонного автосамосвала при спаренной работе погрузчика с другим погрузчиком или с экскаватором уменьшается на 25— 40 с по сравнению с погрузкой только одним таким погрузчиком или экскаватором. Однако условия применения этой схемы требуют наличия в одном забое двух машин, что связано с увеличением затрат на приобретение и эксплуатацию оборудования, а также рабочих площадок увеличенной ширины.
Создание и внедрение новых карьерных погрузчиков с шарнирно-сочлененной рамой (вместо погрузчиков с задними управляемыми колесами), обеспечивающих возможность разворота их до 80—90° практически на месте (за счет угла складывания полурам влево и вправо от продольной оси до 45°), а также достижение наибольшей эффективности их работы поперечными за-ходками обусловили проведение специальных экспериментальных исследований с целью определения оптимальных углов а установки автосамосвала к фронту забоя по критериям минимального цикла погрузки, минимальных ширины рабочей площадки Вр. п погрузчика и ширины рабочей площадки уступа Вск (рис. 3.5, а). При этом погрузчики грузоподъемностью 8,2 т работали в комплексе с автосамосвалами БелАЗ-540 грузоподъемностью 27 т (Ея/Еп да 3), погрузчики грузоподъемностью
•90
Рис. 3.5. Схемы для определения минимальных ширины рабочей площадки погрузчика Вр.п н ширины рабочей площадки уступа Вск при установке автосамосвала:
а—под углом а к фронту забоя; —перпендикулярно к фронту забоя на расстояние 4—6 м от его нижней бровки
15 т — с автосамосвалами БелАЗ-548А грузоподъемностью 40 т (Еа/Еп « 3) *.
Автосамосвалы подавались задним ходом вплотную к нижней бровке развала горной породы и устанавливались к фронту забоя под различными углами а (10, 15, 20, 30, 45 и 60°), а также, не доезжая на 4—6 м до нижней бровки, перпендикулярно к фронту забоя под углом а = 0° (рис. 3.5,6). В процессе экспериментов измерялись: соответствующие углам установки минимальные ширина рабочей площадки погрузчика и ширина рабочей площадки уступа; наименьшее расстояние передвижения погрузчика от забоя к автосамосвалу и обратно; продолжительность цикла погрузки. Данные измерений приведены в табл. 3.2, из которой видно, что наименьшая продолжительность рабочего цикла погрузчиков грузоподъемностью 8,2 и 15 т достигается при углах установки автосамосвала к фронту забоя 10—20°., а не 30—45°, как считалось ранее.
Анализ результатов выполненных исследований показывает, что ширина погрузчика практически не оказывает влияния на формирование ширины рабочей площадки погрузчика и уступа. При этом в первом случае определяющими факторами являются длина погрузчика, угол установки автосамосвала к фронту забоя и ширина автосамосвала, во втором — ширина развала и длина погрузчика.
* В числителе — геометрическая вместимость кузова автосамосвала, в знаменателе — вместимость ковша погрузчика.
91
Таблица 3.2
Результаты исследования рациональных схем работы погрузчиков с автосамосвалами БелАЗ-540 и БелАЗ-548Л
Показатели
Расстояние между нижней бровкой развала горной породы п задним бортом автосамосвала, м
Минимальная ширина рабочей площадки погрузчика, м
Наименьшее расстояние передвижения погрузчика от забоя к автосамосвалу п обратно, м
Продол жительность цикла, с
Угол установки автосамосвала к фронту забоя, градус
0 10 15 20 30 45 60
4-4,3 5,1-5,5 0 0
11 13, 7 11,2 13,9 11,7 14,4 12,8 15,8 14,5 —
6,8 9,0 5,0 6,0 4,7 5,7 5,4 6,4 6,5 7,7 7,8 9,1 16,0 22,0
33,3 45,6 28,0 38,4 27,0 37,2 29,0 39,0 32,4 42,4 36,0 46,0 47,8 61,4
II р и м-е ч а н и е. В числителе — данные для погрузчиков -грузоподъемностью 8 т, знаменателе — грузоподъемностью 15 т.
С учетом этого получены аналитические выражения для определения минимальной ширины рабочей площадки Вр. п погрузчика.
При установке автосамосвала под углом а — 10 4- 60° к фронту забоя и частичном развороте погрузчика (см. рис. 3.5, а)
= 0,8/п + /а si11 а + ba cos а -J- z, (3.1)
где 1п и /а — габаритная длина соответственно погрузчика и автосамосвала, м; ba — ширина автосамосвала, м; а — угол установки автосамосвала к фронту забоя, градус; z == 0,4 4- 0,6 м — минимально допустимое расстояние между нижней бровкой развала горной породы и автосамосвалом (погрузчиком), м.
При установке автосамосвала перпендикулярно к фронту забоя на расстоянии 4—6 м от его нижней бровки (см. рис. 3.5, б) Bp.n = ln + ba + z. (3.2)
Минимальная ширина рабочей площадки уступа Вск для работы погрузчиков поперечными заходками определяется из условия свободного размещения погрузчика при наибольшей ширине развала взорванной горной породы:
Вск = «+l,35/n-f-z/, ' (3.3)
где а — ширина развала взорванной горной породы, м; z' — ширина полосы безопасности, устанавливаемая по величине возможной призмы обрушения.
Анализ величин Вр. п и Вск (табл. 3.3), полученных по формулам 3.1—3.3, показывает, что ширина рабочей площадки
92
уступа в 3,1—3,8 раза и более превышает ширину рабочей площадки погрузчика при эксплуатации отечественных машин и в 3.8—4,3 раза — при эксплуатации зарубежных.
Таблица 3.3
Минимальная ширина рабочей площадки погрузчика Вр п и уступа Вск, м
Погрузчики Автосамосвал Вр п при Вск
а =104-20° а = 0°
Отечественные: ПК-10 15 15,1 57,6
ПК-15 БелАЗ-548 16,2 16,7 59,8
ПК-25 18,6 19,7 64
ПК-40 БелАЗ-549 21 22,4 66
Производства США: Кат 988 БелАЗ-540 12,8 12,8 55
Кат 992С 15,1 15,4 58
Н-400С 15,3 15,6 58,4
Мичиган 475В БелАЗ-548 15,4 15,7 58,5
Дарт 600В 16,6 17,1 60,5
Установленные значения минимальной ширины рабочих площадок уступов удовлетворяют условиям совместной работы на этих уступах погрузчиков (для отработки первой заходки поперечными забоями — площадками) и экскаваторов (для отработки второй заходки продольными забоями) с одинаковой вместимостью ковша, так как минимальная ширина рабочей площадки уступа для последних составляет 50—65,2 м.
Наименьшее расстояние передвижения погрузчика от забоя к автосамосвалу зависит от длины и радиуса поворота погрузчика, угла установки автосамосвала к фронту забоя, ширины и длины автосамосвала и определяется по формуле:
Ьдв = 0,26Гп + 0,17/?п + 0,78Za sin а (0 = 0,96), (3.4)
где /?п — наименьший радиус поворота погрузчика, м; 0 —коэффициент множественной корреляции.
4. ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЛЕКСОВ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОМ РЫХЛЕНИИ МАССИВОВ ГОРНЫХ ПОРОД
4.1. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСОВ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОМ РЫХЛЕНИИ
Благодаря созданию мощных и сверхмощных специальных базовых тракторов и усовершенствованию конструкций рыхлителей механическое рыхление в последние 15—20 лет широко применяется на открытых горных разработках. В определенных условиях, и особенно при селективной выемке и разработке полезных ископаемых со значительным колебанием качества, требующих усреднения перед подачей на перерабатывающее предприятие, механическое рыхление оказывается экономически более выгодным, чем традиционный буровзрывной способ подготовки. Нередко определяющим при выборе технологии с механическим способом рыхления массивов горных пород является не только экономика, но и, в первую очередь, возможность добычи полезного ископаемого из охранных зон, а также из месторождений нагорного типа, находящихся вблизи города (в зоне разлета кусков породы при производстве массовых взрывов на карьере), транспортных коммуникаций, промышленных и жилых строений, когда недопустимо использование традиционного буровзрывного способа дробления горных пород.
Применение послойного механического рыхления наиболее целесообразно для подготовки карбонатных пород к выемке и погрузке, так как, несмотря на сравнительно высокий коэффициент крепости f по шкале проф. М. М. Протодьяконова (как правило, f = 4 4-8, реже f < 10-4-12), они характеризуются наличием трещиноватости, плоскостей ослабления, блочностью, выветрелостью, влажностью. Все это позволяет применять навесные механические рыхлители на тракторах большой мощности для непосредственного рыхления мелко- и среднеблочных карбонатных пород (f < 7 4- 9), а в комбинации с предварительным взрыванием массива на встряхивание (при пониженном расходе ВВ, размещаемых в неглубоких скважинах или шпурах)— для создания искусственной трещиноватости в крупноблочных (f = 8 4-9) или окремненных (f < 12) породах. Послойное рыхление массива на глубину 0,4—0,6 м и более, в свою очередь, обусловливает целесообразность использования комплексов мобильного погрузочно-транспортного (бульдозеров, колесных погрузчиков и самоходных скреперов) и дробильного (полустационарных или самоходных дробильных агрегатов) оборудования, обеспечивающего возможность организации прогрессивного циклично-поточного производства.
4
Основные производители мощных РБА — Челябинский тракторный завод (СССР), фирмы «Катерпиллер», «Фиат-Аллис» (США), «Комацу» (Япония) и другие предложили диаграммы (шкалы) рыхлимости и графики производительности для определения возможности механического рыхления массивов горных пород, выбора мощности базового трактора и производительности рыхления, полученные на основании проведенных исследований, испытаний и обобщения опыта эксплуатации выпускаемого оборудования. В основу этих диаграмм и графиков положены интегральные показатели—коэффициент крепости отдельностей горных пород по шкале проф. М. М. Протодьяко-нова (разработки Челябинского тракторного завода) или скорость распространения продольных волн в массиве (разработки фирм «Катерпиллер», «Фиат-Аллис», «Комацу»),
Коэффициент крепости приближенно характеризует относительную сопротивляемость отдельностей пород, слагающих массив, разрушению (при сжатии). Исследованиями установлено, что между коэффициентом крепости f отдельностей горных пород и скоростью распространения в них продольных ультразвуковых волн vo существует зависимость: f = 0,45г/, при г0= 1 4--г- 7 км/с.
Скорость распространения сейсмических волн связана с упругими свойствами отдельностей горных пород, слагающих массив, трещинной пустотностью по направлению вектора измеряемой скорости и упругостью заполнителя трещин. Таким образом, она включает в себя интегральную информацию об этих факторах и при соответствующих дополнениях (общими петрографическими названиями пород) и комментариях находит применение для оценки рыхлимости массивов горных пород.
Вместе с тем, оценка сопротивляемости массива горных пород разрушению, базирующаяся на коэффициенте крепости их отдельностей или скорости сейсмических волн в массиве, имеет ряд общих недостатков. Так, игнорируется механизм процесса разрушения пород массива зубом рыхлителя. Установленная зависимость коэффициента крепости пород от скорости продольных ультразвуковых волн свидетельствует о правомерности использования этого интегрального показателя лишь для оценки сопротивляемости отдельностей пород разрушению, а не массива в целом, так как не учитывает его состояния, трещинность (блочность) и нарушенность. Зависимость скорости сейсмических волн от указанного выше большого числа факторов не позволяет однозначно пользоваться определенным ее значением для оценки рыхлимости массива пород. Например, массивы водонасыщенного песка, монолитного пласта тяжелой глины, некрепкого (/==3 4-4) крупноблочного мшанкового известняка, метаморфизированного доломита (/=10 4- 12) со средними трещинами, заполненными продуктами выветривания, и, наконец, крепчайших гнейсов, разбитых редкими, но заполненными воздухом, трещинами, характеризуются скоростью сейсмических волн,
95
равной 1500 м/с. Однако эффективность механического рыхления всех этих массивов неодинакова. Наконец, не учитывается широкий диапазон петрографических разновидностей породы, особенно осадочного происхождения, с резко различающимися прочностными свойствами, объединенных под одним общим петрографическим названием.
В начале 60-х годов в Московском горном институте под руководством акад. В. В. Ржевского был сформулирован и предложен новый подход к оценке рыхлимое™ массивов горных пород, базирующийся на установлении двух главных физических факторов, определяющих сопротивляемость массивов разрушению: крепости (коэффициента крепости) отдельностей горных пород, слагающих массив, и степени его трещиноватости (блочности). Это направление получило дальнейшее теоретическое развитие и практическое обоснование в ИПКОН АН СССР. Разработанный сейсмический способ оценки трещиноватости массивов горных пород и полученные при его использовании диаграммы рыхлимости массивов и номограммы технической производительности в зависимости от крепости f отдельностей горных пород, скорости v0 распространения продольных волн в них, блочности (среднего диаметра естественной отдельности d) массива и акустического показателя А его трещиноватости прошли широкую проверку и были успешно реализованы для определения принципиальной возможности применения механического рыхления горных пород различной литологии и генезиса, выбора типоразмера базового трактора-рыхлителя и прогнозной оценки технической производительности рыхления в карьерных условиях многих отечественных горнодобывающих предприятий.
Разработка способов оценки трещиноватости массивов горных пород и их реализация способствовали развитию технологии применения механического рыхления на карьерах.
В первой половине 60-х годов появились первые публикации по результатам испытаний отечественных рыхлителей, проведенных ВНИИстройдормашем, ГИГХСом и МГИ на открытых разработках месторождений фосфоритов платформенного типа и известняков. В этих работах в общем виде была рассмотрена связь между параметрами средств комплексной механизации (рыхлителя и экскаватора) и технологии отработки уступов.
На выбор структуры комплексной механизации влияет конечное назначение горной массы (полезное ископаемое или вскрышные породы). Этим же определяются технологические параметры механического рыхления. Если породы необходимо только удалить, то крупность отдельных кусков горной массы не имеет большого значения. Например, вскрыша или породы, удаляемые при дорожном строительстве, обычно в дальнейшем не используются, поэтому уменьшение крупности необходимо только для улучшения условий их разработки и приспо
96
собления к параметрам погрузочного и транспортного оборудования.
Полезные ископаемые, используемые в качестве строительных материалов (щебень, песок), должны иметь определенную крепость и крупность. Тщательным и многократным рыхлением можно довести кусковатость практически до приемлемого размера, чтобы в дальнейшем требовались лишь измельчение и сортировка.
Крупность горной массы, дальнейшее использование которой предусматривается только после дробления, должна соответствовать приемному отверстию дробилки. Необходимый габарит куска разрыхленной горной массы определяется до начала работы рыхлителя.
Многократные проходы рыхлителя, параллельно-перекрестное рыхление, а также управление глубиной рыхления позволяют во многих случаях получать горную массу требуемой крупности. В некоторых случаях в трещиноватых и мелкоблочных массивах, управляя крупностью разрыхляемого материала, можно полностью или частично ликвидировать разделку негабарита или исключить первичное дробление.
Важное значение имеет соответствие кусковатости материала параметрам применяемого комплекса погрузочного и транспортного оборудования. Линейные размеры ковша погрузчика определяют габариты отдельных кусков, до которых должна измельчаться горная масса. При этом наибольший размер (м) по ребру куска
Лшиб = «М8 4- 0,56) Ьк = 0,95 4- 1,21 < 1,2 (4-1)
где Ьк — ширина режущей кромки ковша, м; Е'п — вместимость ковша погрузчика «с шапкой», м3; q'u — номинальная грузоподъемность погрузчика, т; у — плотность горных пород, т/м3.
Одноковшовые погрузчики могут использоваться на погрузке крупнокусковой горной массы, но при этом необходимо учитывать опасность повреждения откаточных сосудов отдельными крупными кусками породы при падении их из ковша в момент погрузки.
Горная масса, перемещаемая бульдозером, не требует значительного дробления и не имеет определенных ограничений по крупности. Обычно достаточно несколько рабочих проходов, чтобы довести материал до транспортабельных размеров, необходимых для бульдозирования.
Использование РБА в комплексе с колесными погрузчиками позволяет производить рыхление массива и последующее буль-дозирование разрыхленной горной массы в одном случае (при отработке горизонтальными слоями) — с сооружением штабелей на горизонтальной площадке для последующей отгрузки, в другом (при отработке наклонными слоями) — с перемещением горной массы вниз по откосу в забой погрузочной машины.
7 К- Н. Трубецкой и др.
97
Различия, последовательность операций и параметры процессов отработки горизонтальными и наклонными слоями подробно изложены в описаниях технологических схем IVA и IVB открытой разработки месторождений (см. 2.2).
При незначительной высоте штабеля (2—3 м) в качестве погрузочных механизмов используют фронтальные погрузчики.
При скреперной разработке горную массу рыхлят до размеров куска 600—800 мм. В этом случае многократные проходы и параллельно-перекрестное рыхление окупаются за счет лучшего использования грузоподъемности, так как увеличивается коэффициент наполнения ковша скрепера, а также сокращается количество порожних рейсов в смену, уменьшаются затраты на ремонты и восстановление режущей кромки ковша.
При разработке скальных и полускальных пород конструкцию скреперов (режущих кромку ковша и днище) усиливают. Так, массы скреперов специального исполнения фирмы «Катерпиллер» моделей 631С и 641В с ковшами вместимостью соответственно 23 м3 («с шапкой») и 29 м3 после усиления конструкций увеличились соответственно на 1,7 и 2,2 т.
Набор грунта слоями осуществляется рабочим органом скрепера — ковшом, имеющим на передней кромке днища нож. У большегрузных скреперов в процессе погрузки на ведущую ось тягача приходится около 50 % массы груженой машины, вследствие чего усилие тягача оказывается недостаточным для преодоления сил сопротивления резанию разрыхленного массива, перемещению призмы волочения и продвижению материала в ковш. Поэтому в подавляющем большинстве случаев (за исключением работы на очень легких породах) погрузку скрепера осуществляют с помощью трактора-толкача, что кроме обеспечения погрузки в трудных условиях сокращает путь и время наполнения ковша и повышает производительность скреперов.
Правила и порядок работы бульдозера в качестве толкача: установить режущую кромку отвала немного выше уровня разрабатываемой поверхности;
скорость трактора при соприкосновении отвала с буферными устройствами скрепера не должна превышать скорости скрепера при загрузке;
направление подталкивания должно строго совпадать с направлением движения скрепера по прямой линии. При этом не допускается соприкосновение отвала с шинами скрепера;
после загрузки скрепера переключить передачу трактора на более высокую, чтобы обеспечить скреперу набор скорости.
В большинстве случаев в процессе подталкивания трактором, используемым в качестве толкача, осуществляется и процесс рыхления.
Предпочтительней загрузка скрепера под уклон, так как при этом время загрузки, по сравнению с загрузкой на горизонталь
98
ных участках, снижается на 35—40 %, а коэффициент наполнения увеличивается на 15—20 %.
Рыхление целесообразно производить в направлении, совпадающем с направлением движения скреперов. При этом длина прохода рыхлителя должна быть кратной длине набора скрепером разрыхленной горной массы и составлять (по практическим данным) 80—365 м. Ширина разрабатываемого блока изменяется от 20 до 70 м. Расстояние между проходами рыхлителя составляет, как правило, не более 1 м.
Процесс транспортирования горной массы при скреперном способе доставки в принципе не отличается от автотранспортного. Но, так как скрепер объединяет в себе функции погрузочного, транспортного и отвального оборудования, этому процессу присущи некоторые особенности. Скреперные забои характеризуются относительно небольшим фронтом и быстрым подвиганием, что предопределяет работу скрепера в карьере, а также на штабеле сырья на промплощадке или на отвале в условиях, когда создание и содержание постоянных транспортных коммуникаций затруднены. Преимущества колесных скреперов в наибольшей степени проявляются в тех случаях, когда удается обеспечить высокие скорости движения. Это связано с тем, что время цикла скреперов, особенно при больших расстояниях транспортирования, определяется в основном временем движения. Таким образом, важное значение приобретает качество содержания транспортных коммуникаций, которое обеспечивают непрерывным патрулированием дорожной техники, производящей разравнивание, уплотнение, поливку и очистку данных коммуникаций. Поэтому в комплекс механизмов должны входить (кроме рыхлителей и скреперов) также автогрейдеры и, в ряде случаев, уплотнители (при работе на отвале).
Результаты анализа практического опыта и обобщения параметров системы разработки при использовании рыхлительно-погрузочно-автотранспортных, рыхлительно-погрузочно-кон-вейерных и рыхлительно-погрузочно-автотранспортно-конвейер-ных комплексов приведены в табл. 4.1—4.3.
4.2. ОБОСНОВАНИЕ ТИПОРАЗМЕРНОГО РЯДА РЫХЛИТЕЛЬНО-БУЛЬДОЗЕРНЫХ АГРЕГАТОВ И ОБЛАСТИ ИХ ЭФФЕКТИВНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются РБА на тракторах тяговых классов 25 и 35: ДЗ-126А — на тракторе ДЭТ-250М; ДЗ-94С и ДЗ-129ХЛ — на тракторе Т-330. Начато производство РБА типа ДЗ-141ХЛ на тракторе Т-500.
Однако для разработки особо тяжелых, мерзлых грунтов и скальных пород, а также для выполнения больших объемов землеройных работ в горнодобывающей промышленности, строительстве, мелиорации и в других отраслях народного хозяйства
7*
99
Таблица 4.1
Характеристики и основные параметры карьеров, применяющих рыхли
Карьер, предприятие (фирма, страна) Полезное ископаемое Производительность карьера годовая (суточная) Рыхлительное оборудование
Тип трактора и рыхлителя Мощность, кВт Число единиц
Порховский (СССР) Чилисайский фосфоритный рудник (СССР) Понсе («Пуэрто-Ри-кен цемент К°», США) Фернлей (США) Окэй («Айднел цемент К°», США) Нанакулл («Кайзер цемент энд джип-сум», США) Ева бич («Хавайан цемент К°», США) Нью-Лайэнс («Девей роки моунтайн цемент», США) Лаэнс (США) Энгельвуд (США) Лонг-Маунтин («Каррибэн цемент», США) Мэнли сэнд (США) Известняк Фосфоритная руда Известняк » » » Мергель, известняк, Известняк, еланцы Гипс Мергель сильно трещиноватый Песчаник, известняк о,3 , 0,2 МЛН М 3 млн т 2,6 млн т 0,511 млн т (200 м3) 0,5 млн т 0,45 млн т 0,6 млн т Нет. свед. > ДЗ-126А, ДЗ-94С Фиат-Аллнс HD-41 Кат D9H ДЗ-94С Юклид ТС-12 Аллис-Чалмерс HD-21 Кат D9G (погрузчик с рыхлителем фирмы «Келли», США) Кат D9G Кат D8H 243 390 305 243 328 200 3 1 1 2 7 1
287 2
201 1
Терекс 12-40
Фиат-Аллис HD-41 Кат D8H Кат D9G 391 201
2
287 1
100
тельно-погрузочно-автотраиспортные комплексы
Погрузочное оборудование Транспортное оборудование Дальность транспортирования, км Примечание
Тип 1 с сипсс 1 runczv 1 о ковша, м3 Число единиц Грузоподъемность автосамосвала. т Число единиц
Дизельный экскаватор 1,25— 1,9 6 12 37 1,8 —
Колесный погрузчик: Мичиган 475В Комацу WA = 800 Дизельный экскаватор 9,2 10,2 3,8 2 1 2 40 18 25 12 2,5 —
2,7 1,9 2,7 1 4 2 24,5 4 Нет свед.
Погрузчик Юклнд Дизельный экскаватор То же 1,9 2,67 1 25 32 Нет свед. 2 4,8 Нет свед. Мергель, выветрелый известняк рыхлятся. «Чистые» известняки разрабатываются с помощью БВР. Производительность рыхлителя 956 м3/ч
Погрузчик 2,5 3,0 Нет 2ВСД 3,5 —
» Погрузчик Пейлоудер: Н-400 Н-120с Н-560 7,6 4,5 5,0 J 1 1ет све 45,4 50 д. Нет свед. 2 0,9 Нет свед. Мощность пачки известняков до 4,5 м Мергель и выветрелый известняк рыхлятся рыхлителями (мощность слоя 4,5—6 м). «Чистые» известняки отрабатываются с помощью БВР Рыхление наклонными (4°) слоями. Глубина рыхления 76—102 см. Размер блока 35 X 30 см
Погрузчик 3,4 4 30 7 > Производительность рыхлителя-бульдозера 690 м3/ч, глубина рыхления 1,2 м
Экскаватор 1,15 Н ет све д. Производительность двух агрегатов 1200 т/ч, глубина рыхления 55—87 см
Погрузчик 2,7 1 24 4 — Рыхление наклонными слоями, глубина рыхления 50— 137 см. Расстояние между проходами 0,5 м
101
Продолжение табл. 4.1
Производительность карьера годовая (суточная) Рыхлительное оборудование
Карьер, предприятие (фирма, страна) Полезное ископаемое. Тин трактора н рыхлителя Мощность, кВт Число единиц
Предприятие в райо- Известняк Нет свсд. Кат D9G 287 1
не г. Экс-ан-Прованс (Франция) Кат D8H 201
Ранавав («Сураштра цемент энд кемикал Инд», Индия) Порбандер (Индия) Известняк, характеризующийся Vy, м/с: 2440 2400 (1814 т) (2000 т) Кат D9G 287 2
Пуэрто ла круз («Венезолана де цементов», Венесуэла) 1800-М 500 (3175 т) 1
Фэкс калькбруд (Дания) Известняк, мергель 0,6—0,7 млн т Кат D9H Кат 983 (погрузчик с рыхлителем) 306 205 2 1
Кастелетто («Ипду-стриа сементо», Испания) Мергель 0,2 млн т 1
Дженепрето («Марна де сементо», Италия) Известняк, характеризующийся vy~ 1500 м/с 0,4 млн т Кат D9H 306 2
Примечания. 1. В числителе—годовая производительность карьера по полез воли в массиве.
Таблица 4.2
Характеристики и основные параметры зарубежных карьеров, применяю
Карьер предприятие (фирма, страна) Полезное ископаемое Производительность карьера, млн т в год Рыхление
Рыхлите лыю-бульдо-зериый агрегат Производительность, т/ч | : (МЛН. Т В/ГОД) Длина прохода, м Технология рыхления
Тип Мощность, кВт Число единиц
Холли хилл (Санти портланд цемент К°, США) Мергель 0,5 Кат D9G 287 2 •— 40 Горизонтальными слоями
102
Погрузочное оборудование Транспортное оборудование Дальность транспортирования, км Примечание
Тип Вместимость ковша, м3 Число единиц Грузоподъемность автосамосвала, т Число единиц
Погрузчик Кат 988 4,6 32 Нет свед. Перед рыхлением предварительное взрывание по сетке 3,5X3 м. Расход ВВ 0,2 кг/м3
Нет св ед. 15 Производительность при рыхлении и штабелировании 227 т/ч
Экскаватор 2 12 » Рыхление горизонтальными слоями, размеры блока 30 X Х30 м
Нет свед. 1 20 » Производительность при рыхлении и штабелировании 350 м3/ч при продолжительности работы 8—10 ч в сутки
Г усеничный погрузчик Кат 983 Кат 977 Кат 980 3,4 2 3,4 24—36 » —
Г усеничный погрузчик Кат 955К 1,5 12 » —
Колесный погрузчик Кат 980 Гусеничный погрузчик Комацу D75 3,5 2,2 22—30 » »
ному ископаемому, в знаменателе — по вскрыше. 2. —скорость распространения упругих
щих рыхлительно-погрузочио-конвейерные комплексы
Погрузка и транспортирование до дробилки (грохота-пнтателя) Дробление или грохочение Транспортирование
Погрузочный механизм Расстояние транспортирования до дробилки, м Производительность. т/ч Тип агрегата Производительность, т/ч Производительность, т/ч Расстояние, м
Тип СТ S3 pj 3 " о « 3 о о m s м Число единиц
Погрузчик Кат 988 4,6 1 213 280 Бункер-питатель 280 280 —
103
Продолжение табл. 4.2
Карьер, предприятие (фирма, страна) Полезное ископаемое Производительность карьера, млн т в год Рыхление
Рыхлительио-бульдо-зерный агрегат Производительность, т/ч (млн. т в год) Длина прохода, м Технология рыхления
Тнп Мощность, кВт Число I единиц I
Карлевилл; Гиффорд-Хилл (США) Мергель 0,8 Фиат-Аллис HD-31 Кат D9G 317 287 1 500- 600 30—35 Горизонтальными слоями
Мидлтин; Гиф-форд-Хилл (США) Известняк, глинистые сланцы 07 Фиат-Аллис HD-31 317 2 700— 800 30—40 То же
Сан Джус (США) Известняк 1,0 Кат D9G 287 2 — 90 »
Гановер («Порт-ландцементфаб-рик», ФРГ) Мергель (влажность 13-15 %) 0,8 Кат D8 201 1 500— 600 60 Наклонными (35°) слоями
Вайзенау («Портланд-цементверке», ФРГ) Известняк 0,7 — — То же
Предприятия в районе г. Портсмута (Англия) Мел 3,5 Кат D9G 287 3 — 30—40 »
Т арнобжег (Польша Известняк (fy = = 1100=1800 м/с) (1-1,2) '‘Наклонными слоями, радиальными проходками
Предприятие в районе г. Экс-ан-Прованс-(Франция) Известняк (с>у = =2200=2400 м/с) 0,8 Комацу D-355A 306 1 414 800 40 То же
Примечания. 1. В числителе “Производительность рыхлителя на участке без массива с помощью БВР. 2. Вид транспорта—конвейерный.
104
Погрузка и транспортирование до дробилки (грохота-питателя) Дробление или грохочение Транспортирование
Погрузочный механизм о 6 АР. в* в*
Тип СП S SOo И S » Число единиц Расстоянш транспорт! вания до ; билки, м Производи тельность, т/ч Тип агрегата Производи тельность, Производи тельность, S к IX о СЗ С-. S
Погрузчик Терекс: 72-81 72-71 7,65 5,4 Нет свед. Бункер-питатель 930 Нет свед. 480
90 То же 680 910 1075
Погрузчик: Н-560 Терекс 72—71 5 5,4 1
Погрузчик Мичиган 475В 10,7 2213-335 635 — — 600 Нет свед.
Экскаватор 2,5 — — Самоходный дробильный агрегат 450 2300
Гидравлический экскаватор HR60 6 — 600 То же 500- -600 1800
— — — 40 1200 Бункер-питатель 1200 5000
Экскаватор 2,5 6 — — То же Нет свед. 2500
Гусепичпый погрузчик 3,4 1 — — > — Нет свед. 700
предварительного
взрывания, в знаменателе —на участке, где производится ослабление
105
Таблица 4.3
Характеристики и основные параметры зарубежных карьеров, применяю
Рыхление
Карьер (фирма, страна) Полезное ископаемое Производительность карьера, тыс. т: полезное ископаемое/ вскрыша/горная масса Базовый трактор (число единиц) Мощность, кВт Длина прохода, м I Производительность, т/ч мЗ/ч
Мин де лер (Нигер) Урановая Руда 1100/14900/1600 Кат D (8) 306 10 440
Бенгерир («Оффис шерифьян де фост», Марокко) Фосфоритные руды 2850/670/3520 Комацу D-355 (1) 20 Нет свед.
Монин-малявро («Сант-Фуа маржаи-тьер», Франция) Гранит 870/145/1015 Кат D9G (1) 30 200
Ле той («Симон Лафарж Франс», Франция) Известняк 1150 Кат D9G — трехстоечный (1) Нет свед.
Бастиль («Кожэма руссей», Франция) Нет свед. Кат D8 (2) 224 »
Пиа дэ гант; Соже-рэм Монтрок («Дэ-нэн анзэн», Франция) Полевошпатовые РУДЫ 90/1800/1890 119/940/1059 Кат: D10 (1) D9 (1) D9H (3) 522 306 20—30 45 1400 230"
106
щих рыхлительио-погрузочио-автотранспортио-конвеиерные комплексы
Погрузка Транспортирование
Тип оборудования (число единиц) 1 Вместимость ковша, м3 Количество часов работы в год Л о к л Сборочное звено — авто-самосвал Магистральный транспорт — конвейер
Производител т/ч т/смеиу Дальность транспортирования, м Тип [грузоподъемность, т] Число единиц] 1 Длина, м | Производительность, т/ч т/смену
Колесный погрузчик: 992А (10) 992С (7) 988А (8) 988В (5) Мехлопата (2) Драглайн (2) Гидравлический экскаватор 982НД Колесный погрузчик: Н400 (1) 992 (1) Колесный погрузчик: Н400 (1) Н560 (2) Гидравлический экскаватор 961 (2) Колесный погрузчик 988В (1) Гидравлический экскаватор 245 (1) 7,65 10,6 5 5,5 7,65 9,2 3,3 7,6 8 5,2 1,2 5 2,6 614 2700 395 2150 2000 5000 2800 2500 1780 1920 1330 1700 Нет свед. 6491 3014 395 1230 395 1230 350 370 500 3000 650 4000 2100 750 250 2400 230 1350 550 Вабко [85] Кат 773 [50] Вабко или Дарт: [75] [35] Вабко [50] Фаун К55 [55] Кат 769В [35] Кат 773 [50] Кат 769В [35] 14 13 14 4 3 1 3 8 10 3380 2440 1786 2200 254/1759 127/618 Нет свед. 250/150 200/1300 170/1360 110/880 -/1700 185/-
2000 2500 950 2000 2000 1400 1500
107
Продолжение табл. 4.3
Рыхление
Карьер (фирма, страна) Полезное ископаемое Производительность карьера, тыс. т: полезное ископаемое/ вскрыша/горвая масса Базовый трактор (число единиц) 1 Мощность, кВт Длина прохода, м I Q Э г 5 U ч 3 ч п 2 S' О — мЗ/ч
Пенарройа Эмилиа (Франция) Свин-цово-цин-ковые руды 2 472 19 048 21 520 Кат D10 (1) 522 30 1400
необходимы более мощные машины. Поэтому целесообразно обоснование оптимального типоразмерного ряда этих машин и области рационального применения РБА различных типоразмеров.
С этой целью разработана программа решения задачи методом вариантов с использованием экономико-математических моделей определения удельных приведенных затрат на приобретение и содержание исследуемых образцов оборудования.
Сравнительная оценка рассматриваемых типоразмеров машин проводилась по удельным приведенным затратам Зпр (руб.), отнесенным к 1 т добытого полезного ископаемого или удаляемых вскрышных пород:
3Пр==/(<2к, »у. Ар)-*min, (4.2)
где QK — годовой объем горных работ, тыс. т; vy—-скорость распространения упругих волн в массиве, м/с; Ар — мощность базового трактора рыхлителя, кВт.
Учитывая, что производительность РБА при механическом рыхлении зависит от физико-механических свойств пород и состояния массива, поставленная задача решалась для трех групп горных пород, характеризующих легкие, средние и тяжелые
108
Погрузка
Транспортирование
Тип оборудования (число единиц)
Сборочное, звено —автосамосвал
Магистральный транспорт — конвейер
Мехлопата КВ 150 (2) 4,6- 5,35 4000
Гидравлический экскаватор НЗО (1) 3,1 1800
Колесный погрузчик: 988А 4,6 2670
988В 5,35 3600
992С 10,32 4150
430 1220—
430
2500
290
1750
475
2800
969
5800
5500
Кат 773:
[50] 19 3900 280/1900
[35] 6 3900 90/800
условия рыхления. На основе анализа горно-технических условий месторождений, перспективных для разработки с помощью механического рыхления, а также технологии горных работ назначались границы и интервалы изменений независимых переменных: скорости распространения упругих волн в массиве — от 800 до 1200, от 1200 до 1700 и от 1700 до 3500 м/с; годовые объемы горных работ — от 250 до 7000 тыс. т.
Так как при механическом рыхлении на выемочно-транспортных работах могут применяться различные комплексы горного и транспортного оборудования, были исследованы области рационального применения различных моделей оборудования при рыхлении (при работе в комплексе с самоходными скреперами) и рыхлении — штабелировании (при работе в комплексе с колесными погрузчиками, выполняющими погрузочно-транспортные операции, колесными погрузчиками и автосамосвалами, экскаваторами и автосамосвалами). Во втором случае указанные операции выполняются попеременно в течение смены одним механизмом.
Применительно к тяжелым и сложным условиям открытых горных разработок были рассмотрены мощные и сверхмощные базовые машины, что позволило определить область применения каждой модели отдельно. За основу в типоразмерном ряду
109
принят трактор мощностью 245 кВт. Исходя из этого, а также в соответствии с рядом предпочтительных чисел, равных 1,25, в качестве новых перспективных базовых машин были рассмотрены гусеничные тракторы с навесным оборудованием бульдозера и рыхлителя мощностью 245, 306, 387, 484, 603 и 745 кВт.
Условия эффективного применения оборудования в горном производстве требуют соответствия его технических и технологических характеристик основным горно-техническим условиям и параметрам карьеров. Технико-экономические показатели технологических процессов имеют прямую зависимость от стоимости оборудования и эксплуатационных расходов на него, которые в свою очередь зависят в основном от таких технологических параметров машины, как ее масса и мощность двигателя. В основу существующих методик определения основных параметров горного оборудования положен метод аппроксимации с использованием принципа подобия. Для выявления количественных зависимостей между основными рабочими параметрами были подвергнуты анализу технические характеристики РБА, выпускаемых отечественной машиностроительной промышленностью, а также ведущими зарубежными фирмами по производству аналогичных машин («Дженерал моторе», «Имтерней-шил харвестер», «Катерпиллер», «Комацу», «Фиат-Аллис»), При этом в качестве факториального признака принята мощность РБА. В результате было получено уравнение линейной регрессии между мощностью РБА Np (кВт) и его массой Gp (т):
Gp = 0,172Ар - 0,46 (г = 0,98) при 223 7VP 745. (4.3)
Установленные зависимости используются при разработке технических и стоимостных параметров машин различных типоразмеров. Характеристики РБА нового типоразмерного ряда приведены в табл. 4.4.
Расчетные зависимости для определения эксплуатационных технико-экономических показателей рыхлителей и РБА. Число РБА (при работе с погрузчиками и экскаваторами) и рыхлителей (при работе со скреперными комплексами) определяется по формуле:
^агР Qk. см/^ai (4.4)
где QK. см — сменный объем горных работ, т; Па— эксплуатационная производительность РБА за смену, т.
/7р/7б7'сы/ги _
(4‘5)
где Пр, ГЦ. — производительность агрегата соответственно при рыхлении и бульдозировании, т/ч; 7’см— продолжительность смены, ч; /?„ — коэффициент использования РБА.
Производительность (т/ч) при рыхлении:
ПО
Таблица 4.4
Техиико-экоиомические характеристики рыхлительио-бульдозериых агрегатов
Показатели Типоразмер базового трактора
Т-330 Т-410 Т-520 Т-650 Т-810 Т-1000
Мощность двигателя, кВт 245 306 387 484 603 745
Масса агрегата с навесным оборудованием (рыхлитель, 41,8 52 66,6 83,2 103,7 127,5
отвал бульдозера), т Цепа агрегата, тыс. руб. 83, 6 104 133, 2 166, 4 207, 4 255
Расчетно-балансовая стоп- 90, 2 112, 22 143, 72 179, 54 223, 78 275, 14
мость агрегата (с учетом запчастей, заготовительно-склад
ских и транспортных расходов при k = 1,079), тыс. руб. Общая норма амортизациоп-
пых отчислений, % 20,6 7
рыхлительно-бульдозерного агрегата —
________3600Вр,хВМУ
р Вр. х/г>р. р + £р. х/гх. р + 15
рыхлителя при работе со скреперными комплексами —
3600£р. хВйэВу
77Р-С= ip.x/Cp.p + 61OB+ 15 ’ ('7
где £р. х — длина рабочего хода, м; В — расстояние между проходами, м; h3 — глубина эффективного рыхления, м; k — коэффициент снижения производительности, учитывающий непредвиденные остановки рыхлителя (наличие валунов или крупных плит, необходимость дополнительного выглубления или заглубления рабочего органа рыхлителя) и зависящий от мощности Np базового трактора рыхлителя:
k .................................. 0,8 0,9 1
Np, кВт............................. 245—387 384-603 745;
Op. р, Ох. р — скорость трактора при рыхлении соответственно при рабочем и холостом (обратном) ходе, м/с; — время поворота рыхлителя, с; 15 — время на заглубление и поднятие рабочего органа рыхлителя, с; у — плотность горных пород, т/м3.
Исходные данные для определения производительности различных типоразмеров рыхлителей приведены в табл. 4.5.
Производительность агрегата, используемого в качестве бульдозера,
ЗбООс/у
® 7-п/ср. б + Вп/г>х. б + 5
(4.8)
где q — объем породы в разрыхленном состоянии, перемещаемой отвалом бульдозера, м3; — расстояние перемещения
111
материала, м; dp. б, vх. б — скорость трактора при бульдозирова-нии, соответственно при рабочем и холостом ходе, м/с; 5 —время изменения направления движения и переключения передач, с.
Таблица 4.5
Исходные данные для расчета производительности рыхлителей
Мощность базового трактора, кВт Расстояние между проходами, м Глубина эффективного рыхления, м Скорость трактора, м/с Время на разворот, с
при рабочем ходе прн холостом ходе
245 1,4; 1,3; 1,2 0,45; 0,4; 0,3 0,56; 0,45; 0,33 2,0; 1,5; 1,2 19
306 1,6; 1,5; 1,3 0,6; 0,5; 0,4 0,75; 0,66; 0,55 1,8; 1,5; 1,2 22
387 1,9; 1,6; 1,4 0,8; 0,7; 0,6 0,83; 0,81; 0,61 26
484 2,1; 1,7; 1,5 1,1; 0,9; 0,75 0,9; 0,83: 0,75 29
603 2,2; 1,8; 1,6 1,2; 1,0; 0,85 0,95; 0,85; 0,8 32
745 2,5; 2,0; 1,7 1,5; 1,2; 1,0 1,0; 0,9; 0,85 35
Примечание. Каждое из трех значений показателей приведено для условий рыхления соответствен ио легких, средних и тяжелых.
Исходные данные для определения производительности агрегата при бульдозировании приведены ниже:
Мощность базового трактора, кВт 245 306 387 484 603 745
Объем вала породы перед отвалом (в разрыхленном состоянии), м3 . . 7,3 10,1 12,2 15,3 19,1 24
Скорость трактора м/с: при рабочем ходе..................... 0,7 0,77 0,8 0,85 0,9
при холостом (обратном) ходе 1,4 1,58 1,63 1,65
При подборе исходных данных для определения производительности были использованы результаты экспериментов (см. 5.3, 5.4), технические характеристики мощных и сверхмощных РБА, тяговые характеристики их двигателей, другие опубликованные данные сопоставимых испытаний различных типоразмеров РБА.
112
Расчет капитальных затрат и эксплуатационных расходов по различным видам РБА произведен по методике Центрогип-рошахта, предусматривающей определение укрупненных показателей (стоимостных параметров) по каждому типоразмеру оборудования (табл. 4.6). При составлении указанных параметров использованы действующие нормативы, а также результаты научно-исследовательских и опытно-промышленных работ по определению эксплуатационных и технических параметров РБА, выполненных в СССР и за рубежом в течение 1970—1985 гг.
Таблица 4.6
Стоимостные параметры рыхлительно-бульдозерных агрегатов
Типо- размер базового трактора Масса с навесным оборудованием, т Мощность двигателя, кВт Капитальные затраты, тыс. руб. Эксплуатационные расходы, руб
Постоянные (годовые) Переменные при условиях разработки
легких средних тяжелых
Т-330 41,8 245 90, 2 18 581 6,14 7,61 10,6
Т-410 52,0 306 112, 22 23 117 7,41 9,24 12,96
Т-520 66,6 387 143, 72 24 432 9,08 11,44 16,21
Т-650 83,2 484 179, 54 30 522 11,14 14,07 20,02
Т-810 108,7 603 223, 78 38 043 13,63 17,29 24,72
Т-1000 127,5 745 275, 14 46 774 17,82 21,07 30,21
В капитальные затраты на РБА входят затраты на приобретение оборудования, стоимость запчастей (2%), заготовительно-складские расходы (1,2 % )> а также стоимость транспортирования оборудования и запчастей (4,5%)- Цена оборудования определялась из расчета стоимости 1 т от общей массы РБА (2000 руб.), принятой на основании анализа стоимостей строительно-дорожных машин при их серийном производстве с учетом увеличения цены вследствие использования этого оборудования на открытых горных разработках. При определении массы РБА исследуемого типоразмерного ряда использовалась зависимость (4.3) между мощностью и массой машины.
Эксплуатационные расходы состоят из двух видов затрат: постоянных (годовых), не зависящих от длительности работы оборудования в течение года и его загрузки; переменных (часовых), зависящих от длительности использования оборудования и равных стоимости 1 машино-ч работы его при различных условиях разработки.
К постоянным затратам относятся амортизационные отчисления, которые для РБА на тракторах мощностью 245—306 кВт приняты по действующим нормам [8], для РБА на тракторах мощностью 387—745 кВт равны 17 %. При этом были использованы данные зарубежных машиностроительных фирм об увеличении срока службы сверхмощных машин на 30 %. Переменные расходы были рассчитаны на 1 машино-ч «чистой» работы
8 К. Н. Трубецкой и др-
113
(время работы агрегата в течение смены за вычетом внутри-сменных простоев) и включали заработную плату, затраты на топливо, смазочные материалы, расход наконечников зуба рыхлителя, а также стоимость ремонта (Р) и технического обслуживания (ТО), определяемую по формуле
СР.о== WW1°OO, (4.9)
где /?Рем — коэффициент, учитывающий затраты на ремонт в зависимости от условий разработки; Цагр— цена агрегата, руб.
Последние три позиции определяются дифференцированно в зависимости от условий рыхления.
Исходные данные для расчета стоимостных параметров па рыхление и бульдозирование приведены в табл. 4.7.
Таблица 4.7
Исходные данные для расчета стоимостных параметров на рыхление и бульдозирование
Затраты, руб/ч Мощность базового трактора, кВт
245 306 387 484 603 745
На топливо 1,6 2,0 2,48 3,13 3,9 4,85
На смазочные материалы На Р и ТО при условиях разработки: 0,4 0,5 0,62 0,78 0,98 1,21
легких (/грем = 0,03) 2,7 3,37 4,30 5,38 6,71 8,25
средних (/грен = 0,04) 3,6 4,49 5,75 7,18 8,95 11,0
тяжелых (йрем = 0,06) На расход наконечников, принимаемый в процентах от затрат на Р и ТО для условий разработки: 5,4 6,73 8,62 10,77 13,43 16,51
легких (15 %) 0,40 0,50 0,64 0,81 1,0 2,47
средних (27 %) 0,97 1,21 1,55 1,94 2,42 2,97
тяжелых (40 %) 2,16 2,69 3,45 4,3 5,37 6,6
Примечание. Зарплата водителя— 1,04 руб/ч.
С помощью стоимостных параметров были определены удельные приведенные затраты для каждого типа машин, в результате чего для конкретных условий выбирался оптимальный типоразмер рыхлителя или РБА.
Эксплуатационные расходы на оборудование, руб.,
•Э = (РПОст + Л.ер^з)«, (4.Ю)
где Рпост, Рпер — соответственно постоянные и переменные расходы, отнесенные к 1 машино-ч работы оборудования, руб.; t — продолжительность работы единицы оборудования в год, ч; k3 — коэффициент, учитывающий загрузку оборудования в тече-
114
Рис. 4.1. Области рационального применения РБА различных типоразмеров: а—при рыхлении; б —при рыхлении и штабелировании
ние смены, отнесенный к 1 машино-ч, определяемый по формуле
*з = <2к.см/Лап; (4.11)
п — число единиц оборудования.
Полученные результаты расчета удельных приведенных затрат позволяют обосновать выбор определенного типоразмера РБА в зависимости от годовых объемов горных работ и условий разработки месторождений, т. е. установить рациональные области применения рыхлителей (при работе в комплексе с самоходными скреперами) и РБА (при работе в комплексе с колесными погрузчиками и экскаваторами).
Рациональные области применения рыхлителей (рис. 4.1, а)
Мощность базового трактора, кВт................. 245
Годовой объем горных работ QK (млн т) на карьерах для условий разработки:
легких ..................................... <4,3
средних..................................... <3,5
тяжелых . <0,6
387 484
>4,3
>3,5 0,6-5,5
>5,5
Исследование связи между мощностью базового трактора при рыхлении Ар (кВт) и мощностью грузопотока Qrp (тыс. т) позволило выявить следующие зависимости соответственно для легких, средних и тяжелых условий разработки:
Ар.л = 223,1 + 0,02Qrp (г = 0,88), Ар. с = 233,6 + 0,026Qrp (г = 0,93), Ар. т = 260,8 + 0,036Qrp (г = 0,92) при 250 7000 тыс. т. в год.
(4.12)
(4.13)
(4-14)
Для практического использования при выборе рациональной мощности агрегата в комплексе «рыхлитель — скрепер — толкач» рекомендуется объединить полученные уравнения в одно, вводя коэффициенты ki и /г2, учитывающие условия разработки: Ар = 234,7fepl 4- 0,03Qrpfep2. (4.15)
8*
115
Для легких, средних и тяжелых условий принимают: kpl — соответственно 0,95; 1; 1,1;/гр2— соответственно 0,75; 1; 1,25.
Рациональные области применении РБА (рис. 4.1, б)
Мощность базового трактора, кВт . - 245 387 484 603 745
Годовой объем работ QK (млн т) карьера для условий разработки: легких > 1,1 1,1-2 2—3,5 > 3,5
средних . . . ... > 0,9 0,9—2 2—2,7 > 2,7 —-
тяжелых .... > 0,3 0,3—1,4 1,4—2,6 2,6—3,4 > 3,4
Зависимости между мощностью базового трактора РБА (при работе в комплексе «РБА — колесный погрузчик») и объемами горных работ соответственно для легких, средних и тяжелых условий разработки:
Арбал = 273 + 0,05QK (г = 0,84), (4.16)
Л+;Ас = 260 + 0,07QK (г = 0,87), (4.17)
Арбат ==321,5 +0,07QK (г = 0,84) (4.18)
при 0,25 QK + 7 млн т в год.
Для практического использования рекомендуется зависимость:
Арба = 260/jpeai + 0,07QkZjPba2- (4-19)
Для легких, средних и тяжелых условий принимают: Лрба1 — соответственно 1,06; 1 и 1,23; /гРБА2~~ соответственно 0,7; 1 и 0,9.
Анализ месторождений, перспективных для разработки с помощью комплексов мобильного оборудования при механическом рыхлении горных пород, а также установленные выше рациональные области применения РБА различных типоразмеров позволяют рекомендовать рациональный типоразмерный ряд РБА с тракторами мощностью 245, 387, 484, 603 и 745 кВт.
4.3. ЭКСПРЕСС-МЕТОДЫ ВЫБОРА МОЩНОСТИ ТРАКТОРА-РЫХЛИТЕЛЯ И РАЦИОНАЛЬНОЙ МОДЕЛИ КОЛЕСНОГО ПОГРУЗЧИКА
Многообразие физико-механических свойств горных пород, а также различия в условиях напластования и степени нарушенное™ массивов предопределяют использование специальных методов проверки способности массива пород в каждом конкретном случае поддаваться механическому рыхлению. Для этого проводят лабораторные испытания прочностных и акустических свойств образцов пород и натурные испытания, включающие сейсмические исследования массивов пород с помощью портативной сейсмоапиаратуры, а также используют сочетание этих методов с взаимной увязкой полученных результатов. Дан
116
ные методы позволяют оценить возможность применения рыхлителей различных типоразмеров (в зависимости от конкретных физико-механических свойств пород и состояния исследуемого массива) и прогнозировать основные параметры механического рыхления.
Многочисленные исследования образцов, слагающих массивы, и испытания рыхлителей на этих массивах, проведенные фирмой «Комацу» (Япония), позволили установить технические границы возможности применения различных типоразмеров рыхлителей на базе тракторов мощностью 225—462 кВт в зависимости от предела прочности пород на сжатие и растяжение.
Учитывая, что на стадии разведки при изучении физико-механических свойств пород, слагающих месторождение, получение такого показателя, как предел прочности при сжатии ос, является обязательным (реже определяют ор) и что эти данные известны практически для всех месторождений СССР, можно установить зависимость мощности рыхлителей Л'р (кВт) от указанных свойств горных пород. Расчеты, проводившиеся на ЭВМ ЕС 1020 показали, что эта зависимость описывается следующими уравнениями регрессии (г — 0,96 и г = 0,97):
при 50^ос^134 МПа
Мр = 4,1ос-145; (4.20)
при 6^ар^16 МПа
Мр = 37ар- 181. (4.21)
Однако данный метод не учитывает состояние массива, его трещиноватость и нарушенность, хотя эти свойства в значительно большей степени влияют на эффективность механического рыхления, чем прочностные свойства образцов пород, слагающих массив. Поэтому он может рассматриваться только совместно с другими методами.
Наиболее оперативным и распространенным в настоящее время в мировой практике является метод сейсмических исследований массива, основанный на регистрации скоростей распространения упругих волн, зависящих от физико-механических свойств и состояния массива горных пород. При этом исходят из того, что скорость распространения упругих волн зависит от крепости пород, слагающих массив, и от степени его трещиноватости и нарушенное™, и следовательно, может служить интегральной характеристикой основных факторов, определяющих рыхлимость массива.
По мере создания мощных и сверхмощных специальных тракторов представление о возможностях механического рыхления постоянно меняется. Так, в 1973 г. предельными условиями разработки массивов с помощью механического рыхления считались такие, при которых скорость распространения упругих
117
волн в массиве составляла 2100 м/с, в 1978 г. — 2400 м/с, в 1980 г. — 3000 4- 3200 м/с, в 1986 г. — 3500 4- 3800 м/с.
На основании анализа технико-эксплуатационных параметров выпускаемых в настоящее время РБА получено уравнение линейной регрессии, связывающее мощность базового трактора Np со скоростью распространения упругих волн vv в массиве: JV р = 0,19г?у — 60 (г = 0,93) (4.22)
при 800 < vy <3500 м/с.
В результате исследований разработана методика оперативного выбора типоразмеров рыхлителя (при работе в комплексе со скреперами) и РБА, в основу которой положены установленные выше зависимости (4.15, 4.19, 4.20—4.22).
На первом этапе ее определяют принципиальную возможность применения механического рыхления массива горных пород с известными прочностными свойствами. При установленных vy, ос и ор выбор базового трактора, обеспечивающего техническую возможность рыхления данного массива горных пород, производят по максимальной мощности исходя из зависимостей (4.20) — (4.22). При этом выбирают ближайший больший типоразмер базового трактора.
На втором этапе рациональный типоразмер рыхлителя или РБА определяют в зависимости от объемов горных работ и сложности условий разработки соответственно по одной из полученных зависимостей (4.15, 4.19). Окончательно установленная по формулам (4.15) или (4.19) мощность базового трактора должна быть равна мощности, рассчитанной по формулам (4.20) — (4.22), или превышать ее.
Выбор рациональных моделей колесных погрузчиков для работы в комплексе с автосамосвалами базируется на оценке основных технико-эксплуатационных параметров сопоставляемых видов машин, наиболее соответствующих конкретным горно-техническим условиям разработки месторождений, а также на результативных показателях себестоимости продукции и капитальных затрат. Определение этих показателей требует выполнения большого объема проектных проработок, значительного времени и возможно лишь на стадии технического проекта.
В то же время практика последних 15—20 лет и прогнозируемая оценка на перспективу показывают, что большинство поступающих на карьеры Советского Союза колесных погрузчиков уже применяется или будет внедряться в дальнейшем на действующих горных предприятиях, для которых уже выполнены технические проекты и рабочие чертежи без рассмотрения вариантов разработки с использованием погрузчиков.
По этой причине свыше 250 карьерных погрузчиков, используемых на карьерах страны, с ковшами вместимостью в основном 7,65—9,18 м3 по своим главным технико-эксплуатационным параметрам часто не соответствуют годовым объемам производ-
ив
ства погрузочных и погрузочно-транспортных работ, расстоянию транспортирования горной породы, погрузочным параметрам применяемого на этих карьерах транспортного оборудования, типам дорожных покрытий и другим условиям, что приводит к неэффективной эксплуатации дорогостоящих и высокоэффективных машин. Кроме того, специалисты, занимающиеся подготовкой и заключением контрактов на поставку крупных партий зарубежных карьерных погрузчиков для различных отраслей горнодобывающей промышленности страны, не имеют экспресс-методов выбора рациональных моделей погрузчиков и комплектования нового погрузочного и традиционного транспортного оборудования, что также ведет к тем несоответствиям, о которых сказано выше.
Таким образом, назрела необходимость в разработке экспресс-методов выбора рациональных моделей погрузчиков и комплектования нового погрузочного и традиционного транспортного оборудования. Данные экспресс-методы могут быть разработаны на основе расчетно-статистических зависимостей в виде корреляционной связи между главным технико-эксплуатационным параметром погрузчика (номинальной грузоподъемностью), наиболее полно характеризующим технологические возможности конкретной модели, и годовыми объемами погрузочных и погрузочно-транспортных работ, расстоянием транспортирования по дорогам с определенным покрытием, характеризующими грузооборот участка (карьера).
При разработке настоящих экспресс-методов учитывались усредненные горно-технические условия (плотность полезных ископаемых и пород вскрыши — около 2,8 т/м3, коэффициент крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова / = 8-4-12, расстояние транспортирования — от 0,1 до 2 км), а также оптимальное качественное сочетание моделей карьерных погрузчиков грузоподъемностью от 6 до 40 т с автосамосвалами грузоподъемностью от 12 до 75 т и оптимальный режим работы погрузчиков во времени, установленный в результате реализации на ЭВМ экономико-математических моделей. В результате исследований было установлено, что решающее значение для выбора главного параметра погрузчика (номинальной грузоподъемности) имеет годовой объем погрузочных работ, выполненный им. При этом оптимальной грузоподъемности погрузчика соответствует минимум удельных приведенных затрат на погрузочные, транспортные и вспомогательные работы.
Математическая обработка полученных на ЭВМ оптимальных значений грузоподъемности карьерных погрузчиков позволила установить следующее выражение для выбора номинальной грузоподъемности карьерного погрузчика при использовании его в комплексе с автосамосвалами:
<7n = 3,58Q„ +4,71 (г = 0,9), (4.23)
где Qn — годовой объем погрузочных работ погрузчика, т.
119
Выражение (4.23) справедливо при q^/qn — 2 -4- 4, годовом объеме погрузочных работ Qn = 0,1 -4- 5 млн т, расстоянии транспортирования автосамосвалами LTP = 0,l-4-2 км и оптимальном режиме работы погрузчика во времени.
Определяемая по формуле (4.23) номинальная грузоподъемность погрузчика является главным параметром для выбора соответствующей этой величине ближайшей модели погрузчика.
При ГОДОВОМ Объеме ПОГРУЗОЧНЫХ работ Qnmax>5 млн т в год Qn определяют из условия обеспечения Qn max МИНИМЙЛЬ-ным числом погрузчиков Ппог- Например, если годовой объем погрузочных работ составляет QIimax=15 млн т, то Qn— — Qn max/Ппог = 15/3 = 5 МЛН Т В ГОД, И ИСХОДЯ ИЗ ЭТОГО УСЛОВИЯ вычисляют номинальную грузоподъемность погрузчика по формуле (4.23).
При значительном отклонении конкретных горно-технических условий от принятых усредненных рекомендуется на стадии предпроектной проработки рассматривать три типоразмера погрузчика — установленный по предложенной зависимости, ближайшие больший и меньший.
При окончательном выборе рациональной модели погрузчика, особенно для конкретных условий действующего предприятия (имеющего определенный парк транспортных средств), необходимо не только рассчитывать его оптимальную грузоподъемность, но и правильно увязывать основные параметры погрузочной машины, выбранной по грузоподъемности, и транспортных машин: ширину ковша погрузчика и длину кузова транспортного средства, вылет и наибольшую высоту разгрузки ковша погрузчика и погрузочную высоту кузова транспортного средства.
Ширина ковша должна быть меньше длины кузова транспортного средства не менее чем на 2—3 %, а наибольшая высота разгрузки ковша //Р погрузчика должна выбираться из условия равномерного размещения горной породы в кузове транспортного средства в зависимости от погрузочной высоты кузова и необходимого вылета разгрузки ковша погрузчика:
Нр = нт + 0,49LB — 0,42, (4.24)
где Не — погрузочная высота кузова транспортного средства, м; LB — вылет кромки ковша погрузчика при наибольшей высоте разгрузки, м.
Разработанные экспресс-методы выбора рациональных моделей карьерных погрузчиков позволяют быстро, без трудоемких работ, с достаточной степенью точности определить рациональную модель погрузчика для работы в качестве погрузоч-. него оборудования.
Настоящая методика использовалась для выбора моделей погрузчиков грузоподъемностью 7,9 и 15 т для Солнечного и Шерловогорского ГОКов и грузоподъемностью 16,33—20,4 т — для Южно-Якутского угольного бассейна. Многолетний опыт
120
эффективного применения погрузчиков на карьерах и складах Шерловогорского и Солнечного ГОКов, на Нерюнгринском угольном и других разрезах подтверждают правомерность предложенной методики.
4.4. РАЦИОНАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ РАБОТЫ СКРЕПЕРНЫХ КОМПЛЕКСОВ
Современные скреперные комплексы благодаря увеличению мощности машины и постоянному усовершенствованию конструкций находят все большее применение на вскрышных и добычных работах различных отраслей промышленности и уже в настоящее время заняли самостоятельное место в ряду комплексов горного и транспортного оборудования. Это обусловлено конструктивно-технологическими особенностями данных машин, осуществляющих одним механизмом полный цикл — выемку, погрузку, транспортирование и отвалообразование.
Системы разработки с применением самоходных скреперов имеют некоторую аналогию с бестранспортной системой разработки, так как, осуществив погрузку, скрепер без перегрузки перемещает породу в ковше к месту складирования. Вместе с тем, если при бестранспортной системе разработки ширина вскрышной и соответственно добычной заходки, а следовательно, и объем готовых к выемке запасов полезного ископаемого лимитируются параметрами применяемого вскрышного экскаватора, то использование на вскрышных работах скреперов позволяет обеспечить большую надежность и необходимое количество готовых к выемке запасов, исключая неритмичность подачи сырья на перерабатывающее предприятие.
Если в настоящее время бульдозеры могут использоваться для перемещения горной массы, например, на расстояние 30— 50 м, а сверхмощные (391—485 кВт) — до 100—150 м, то в сопоставимых условиях наилучшие показатели самоходных скреперов достигаются в интервале расстояний от 200—250 м до 2,5 км. Вместе с тем, различия в конструкциях скреперов, а также в физико-механических свойствах разрабатываемых пород существенно влияют на рациональные границы применения того или иного вида этого оборудования.
Такие породы, как песок, гравий, наносы, супеси, суглинки, смесь суглинков и глин легко разрабатываются скреперами. В то же время на влажных, пластичных или плотных глинах эффективность использования скреперов резко снижается, и для обеспечения нормальной эксплуатации оборудования требуется выполнение специальных мероприятий (предварительное осушение, повышенная мощность толкача или их сдваивание — страивание и др.).
Трудноразрабатываемыми для самоходных скреперов являются также скальные породы, хотя последние достижения в области буровзрывных работ, использование для механического
121
Рис. 4.2. Схема распределения горной массы при загрузке ковша скребкового скрепера
Рис. 4.3. Схема навесного толкающего устройства с амортизаторами конструкции ВНИИстрой-дормаша:
1 — буфер скрепера; Я —толкающая плита; 3 — амортиза-ционный блок; 4 — дополнительный перегрузочный блок
рыхления массивов рыхлителей на базе мощных тракторов (306—746 кВт), а также значительное упрочнение конструкций скреперов, позволили значительно расширить область применения этих мобильных, высокоманевренных и мощных машин.
Технологический цикл скрепера при работе на любых породах состоит из загрузки ковша (набора грунта), движения в груженом и порожняковом направлениях и разгрузки.
Набор грунта является самым трудоемким процессом. Резание массива слоями толщиной 150—500 мм осуществляется рабочим органом скрепера — ковшом, имеющим на передней кромке днища нож. Ковш скребковых скреперов наполняется следующим образом: в процессе поступательного движения скрепера ковш с поднятой передней заслонкой опускается к поверхности забоя, и нож врезается в грунт или предварительно разрыхленный массив горных пород. Под действием тягового усилия, создаваемого скрепером, порода в виде стружки определенной толщины поступает внутрь ковша (рис. 4.2). Время заполнения ковша скрепера может быть меньше, чем время заполнения ковша экскаватора, так как скорость резания и мощность, отнесенная на единицу площади срезаемой стружки, для скрепера обычно больше, чем для экскаватора.
В процессе погрузки большегрузными колесными скреперами (вместимость ковша — более 8 м3) на ведущую ось тягача приходится около 50 % массы загружаемой машины, вследствие чего собственное усилие тягача оказывается недостаточ
122
ным для преодоления сил сопротивления резанию массива, перемещению призмы волочения и продвижению материала в ковш. Поэтому в большинстве случаев (за исключением работы в очень легких условиях) загрузку скрепера осуществляют с помощью толкача — бульдозера, оснащенного специальным отвалом с толкающим блоком (рис. 4.3) и обеспечивающего не только загрузку ковша до вместимости «с шапкой», но и сокращение пути и времени наполнения ковша и соответственно повышение производительности скреперов.
Правильный выбор типоразмера трактора-толкача является одним из наиболее важных условий эффективности применения скреперной разработки массива.
Рациональные сочетания вместимости ковша скрепера и мощности толкача, полученные на основании анализа данных мирового опыта эксплуатации скреперов, приведены в табл. 4.8.
Таблица 4.8
Рациональные сочетания вместимости ковша скрепера и мощности толкача
Геометрическая вместимость ковша скрепера, м3 Количество и мощность (кВт) толкачей при условиях разработки месторождения
легких средних тяжелых
10,7 150 224 306
16 224 306 410
21,4-24,5 306 410 522
30,6 2X306; 574 (2 4- 3) X 306; (14-2)Х574 3 X 306; 2 X 574
Примечание. При использовании одного толкача указана только его мощность.
Практические данные свидетельствуют, что для эффективной работы одномоторного скрепера с ковшом вместимостью 18 м3 требуются (в зависимости от конкретных условий) толкачи общей мощностью 224—448 кВт, для такого же двухмоторного — мощностью 186 4-372 кВт, с ковшом вместимостью 20 м3 — мощностью 574 кВт, 25 м3 — 597 4- 895 кВт, 30 м3 — более 895 кВт. При одном и том же толкаче продолжительность загрузки скребкового одномоторного скрепера составляет 47 с, двухмоторного — 42 с. Загрузка элеваторного скрепера занимает около 1 мин. В процессе подталкивания трактор, используемый в качестве толкача и оборудованный специальным толкающим устройством, может одновременно рыхлить массив. Загрузку скрепера при валовой выемке более целесообразно производить под уклон, поскольку это сокращает время погрузки на 35—40 %.
Транспортный режим составляет 80—90 % общего времени цикла, поэтому максимальная скорость движения скрепера является основным фактором, определяющим его производительность.
123
Рис. 4.4. Схема перегрузочного пункта для работы скреперов в комплексе с конвейерно-железнодорожным транспортом:
1—скрепер в разгрузке; Я—приемный бункер; 3—питатель; 4—конвейер; 5—экскаватор
Решающее условие эффективного применения колесных скреперов— надлежащее содержание транспортных коммуникаций. Для этого в состав скреперных комплексов, наряду с ведущими машинами (скреперами и толкачами), должны входить рыхлители (при разработке скальных и полускальных пород), автогрейдеры и специальные катки-уплотнители (при работе на отвале или при отсыпке дамб).
Разгрузка ковша скреперов скребкового типа осуществляется принудительно — путем выдвижения задней стенки ковша для выталкивания материала через отверстие, образуемое поднятой заслонкой и опущенным днищем ковша. Разгрузка на сырьевом складе или отвале производится в процессе движения скрепера. При этом грунт расстилается слоем требуемой толщины, регулируемой скоростью движения скрепера.
Разгрузка в приемные бункера для передачи материала на другой вид транспорта осуществляется по определенной схеме (рис. 4.4).
В классификации систем открытой разработки месторождений по способу производства вскрышных работ акад. Н. В. Мельникова системы с применением скреперных комплексов отнесены к специальным, что определяется технологическими и конструктивными особенностями этого оборудования. Большегрузные самоходные скреперы в наибольшей степени соответствуют ведущим принципам механизации открытых горных работ, определенным Н. В. Мельниковым.
Скреперы как комбинированные машины обеспечивают поточность производства, т. е. непрерывность технологического процесса экскавации, транспортирования и отвалообразования при совмещении данных операций, так как весь технологический
124
цикл выполняется одним механизмом. Этим же обеспечивается и их независимость.
Как указывалось выше, транспортный режим груженого и порожнего скрепера является наиболее продолжительным в технологическом цикле скреперного комплекса и составляет около 80—90 %. Время, которое скрепер находится в пути, зависит от расстояния транспортирования, скорости его передвижения, а также от параметров карьера и отвала.
Если параметры карьера и скорость перемещения грузового и порожнего скрепера являются в конкретных условиях постоянными факторами, то местоположение отвалов и складов сырья, а также их параметры в наибольшей степени определяют продолжительность технологического цикла. Исходя из этого технологические схемы с использованием самоходных скреперов на вскрышных работах можно условно разделить на три основные группы (рис. 4.5): с размещением вскрышных пород во внутренних отвалах; с размещением вскрышных пород на внешних отвалах; с комбинированным размещением вскрышных пор эд.
Технологическая схема горных работ с размещением пустых пород в выработанном пространстве может быть применена при разработке горизонтальных или пологопадающих месторождений, а также в других условиях при выемке полезного ископаемого на полную мощность. Данная схема в наибольшей степени отвечает современным требованиям по охране природы и восстановлению земель, нарушенных горными разработками, и позволяет одним механизмом селективно разрабатывать и размещать (при отсыпке в выработанное пространство) породы в соответствии с требованиями горно-технической и специальной рекультивации. При этом восстановление земель ведется с некоторым отставанием от фронта горных работ, и земли, изымаемые у землепользователей, постоянно им возвращаются.
На ряде месторождений цементного сырья, нерудных строительных материалов и глин нижняя граница разведанности обусловлена горизонтом обводнения залежи или заданным количеством разведанных запасов. В этих случаях дно действующего карьера представлено полезным ископаемым, что не позволяет размещать отвалы в выработанном пространстве. Тогда применяют технологические схемы с размещением вскрышных пород во внешних отвалах.
Наиболее рационально размещение внешних отвалов в непосредственной близости от карьера (рис. 4.6). Однако при наличии на границах карьера первой очереди промышленных запасов или запасов категории С2, магистральных транспортных коммуникаций, сооружений и других объектов отвалы приходится размещать на значительных расстояниях от карьера. С увеличением дальности транспортирования область рационального использования скреперных комплексов сокращается,
125
Рис. 4.5. Технологические схемы горных работ с использованием скреперных
а—во внутренних отвалах; б—во внешних отвалах; е—комбинированная; •► — набор грун
поэтому необходимо применительно к конкретным горно-техническим условиям дать технико-экономические обоснования, что позволит выбрать наиболее рациональную схему комплексной механизации, а также установить границы применения той или иной схемы.
В условиях резко пересеченной местности рационально частичное размещение пустых пород во внешних отвалах, что позволяет выровнять природный рельеф (путем засыпки оврагов, логов и т. д.) и, таким образом, передать народному хозяйству земли, ранее непригодные для освоения. В этих случаях применяют технологические схемы с комбинированным размещением вскрышных пород (см. рис. 4.5, в).
126
комплексов при размещении вскрышных пород:
та; — движение груженого скрепера; Qt> — разгрузка; >—движение порожнего скрепера
Как показали исследования В. Я. Майминда, системы разработки с применением скреперных комплексов имеют следующие особенности: карьерное поле может быть вскрыто без внешних траншей; ширина рабочей площадки заданных размеров может сохраняться не по всему фронту разрабатываемого уступа (как например, в системах с использованием экскаваторов и железнодорожного транспорта), а только на участке, соответствующем минимальной длине забоя, поэтому возможна эксплуатация карьера с переменным углом наклона рабочего борта по фронту.
На месторождениях, разрабатываемых предприятиями промышленности строительных материалов, мощность покрывающих
127
Рис. 4.6. Разработка карьера скреперными комплексами в два вскрышных уступа при пологом падении пласта полезного ископаемого с размещением внешних отвалов вблизи карьера (условные обозначения—см. рис. 4.5)
пород незначительна и, как правило, не превышает 6—8 м, поэтому высота разрабатываемого уступа в основном ограничена общей мощностью вскрышной толщи или мощностью слоев, разрабатываемых и складируемых сел ективно (почвенно-р аститель-ный слой, подпочва, токсичные или непродуктивные слои породы) .
Если мощность вскрышной толщи значительна и целесообразность применения скреперов определена по технико-экономическим показателям, то высоту уступа (м) определяют из условия
Я>//зт1п, (4.25)
где i — руководящий уклон (подъем), %; Zemin — минимальная длина забоя, м.
Минимальная ширина рабочей площадки, обусловленная принятой технологией проведения горных работ, должна учитывать размещение четырех полос в скальных и полускальных породах и трех-—в рыхлых. На по
лосе скреперования производят непосредственно загрузку скрепера, на полосе рыхления — (если необходимо) рыхление пород рыхлителями. По транспортной полосе может осуществляться транзитное движение различного оборудования. Дренажная полоса служит для размещения дренажных выработок.
Расчеты показывают, что для скреперов с ковшами вместимостью 25—30 м3 ширина рабочей площадки в скальных и по-лускальных породах составляет 50—55 м, в рыхлых — 35 4- 40 м.
Длина забоя (рабочей площадки) должна обеспечивать эффективное использование работающего оборудования, в частности, быть больше или равна расстоянию набора грунта /н
при полном использовании вместимости ковша скрепера, т. е. /з min 1„. Расчетами установлено, что расстояние набора грунта скреперами с ковшами большой вместимости обычно колеблется от 30 до 50 м.
В зависимости от характера выполняемых работ технологические схемы могут быть подразделены на группы с использованием скреперов в качестве оборудования: основного — для
128
производства вскрышных и добычных работ; дополнительного’ к экскаваторам (механическим лопатам, драглайнам); вспомогательного— для проведения траншей.
Схемы с использованием скреперов в качестве основного оборудования для вскрышных и добычных работ достаточно подробно рассмотрены выше.
Схемы с использованием скреперов в качестве дополнительного оборудования. Если линейные параметры экскаваторов, применяемых на вскрышных работах, недостаточны для нормальной и безопасной работы по схеме с размещением пород вскрыши во внутренние отвалы, то для уменьшения высоты вскрышных уступов используются скреперы. Иногда скреперы отрабатывают полностью весь верхний вскрышной уступ, уменьшая общую мощность вскрыши, что дает возможность размещать породы вскрыши в выработанном пространстве драглайнами.
Схемы с использованием скреперов для проведения траншей. Скреперы применяют как самостоятельное проходческое оборудование для проведения капитальных траншей небольшой глубины или в комбинации с экскаваторами при проходке глубоких траншей. При открытой разработке горизонтальных или слабонаклонных пластообразных залежей с помощью механических лопат проходка траншей на полное сечение с размещением пустых пород на борту затруднена. В этих случаях использование скреперов для снятия верхнего слоя покрывающих пород мощностью 6—8 м позволяет подготовить площадку для размещения пород, вынимаемых экскаватором из нижней части траншеи.
Схемы с использованием скреперов в качестве вспомогательного оборудования. Самоходные скреперы применяются на различных вспомогательных работах; зачистка кровли вскрытых пластов полезного ископаемого и подошвы уступов, сооружение дамб, устройство дорог и планировка площадок для строительных объектов, рекультивация отработанных карьеров, отвалов и др.
Схема движения скреперов существенно влияет на эффективность их работы, поэтому должна выбираться с таким расчетом, чтобы расстояние хода, число поворотов и подъемы в грузовом направлении были наименьшими. Широкое распространение получили схемы движения скреперов (рис. 4.7):
по эллипсу (а), осуществляемая в том случае, когда скрепер транспортирует породу в отвал и возвращается для набора породы по вытянутому кольцу. При этом в каждом рейсе выигрывается время, затрачиваемое на один поворот скрепера;
по восьмерке (б), применяемая в тех случаях, когда имеется возможность поперечного перемещения породы с выкладкой ее в отвал параллельно фронту работ. Основное преимущество этой схемы перед предыдущей состоит в том, что на две операции выгрузки грунта приходится два поворота на 180°, т. е.
9 К. Н. Трубецкой и др.
129
Рис 4.7. Схемы движения скреперов при производстве вскрышных работ:
1 — груженый скрепер; В—порожний скрепер
столько же, сколько на одну операцию выгрузки по первой схеме. В результате производительность повышается на 20—25 %;
челночная (в), используемая при поперечной и продольной разработках забоя. Набор породы по этой схеме производится перпендикулярно к оси выемки. При этом значительно сокращаются расстояния холостого хода и число поворотов скрепера по сравнению с эллиптической схемой;
зигзагами (г), применяемая при разработке узких карьеров большой длины и значительной мощности вскрыши. Скрепер движется по зигзагообразной линии с плавными поворотами из забоя на отвал при наборе и выгрузке породы. В торце карьера происходит разворот скрепера на 180° и начинается его обратное движение;
по спирали (д), обеспечивающая набор породы в двух забоях с разгрузкой ее полосами перпендикулярно к оси отвала. Движение по спирали позволяет несколько сократить расстояние транспортирования породы по сравнению со схемой движения по эллипсу.
Большие линейные размеры ковша скрепера и различия в способах загрузки по сравнению с другими экскавационными
130
механизмами обусловливают другие значения коэффициентов наполнения kH и разрыхления kP для самоходных скреперов на колесном ходу (табл. 4.9).
Таблица 4.9
Значения коэффициентов наполнения ковша klt и разрыхления пород в ковше fep для самоходных скреперов
Условия разработки Разрабатываемые породы kn fep
Легкие Рыхлые, сыпучие материалы в сухом состоянии (песок, мелкий гравий) 0,95—1 1,15-1,25
Средние Частично связанные грунты (гравий, содержащий глину, плотная земля, глина и др.) 0,9—0,95 1,2-1,3
Затрудненные Глины Полускальные породы 0,85—0,9 0,85—0,95 1,35 1,35—1,45
Тяжелые Влажные глины Скальные, хорошо разрыхленные породы 0,7—0,8 0,75-0,8 1,4 1,5
Очень тяжелые Разрыхленный базальт и др. 0,5 1,5—1,6
При расчете производительности целесообразно принимать не геометрическую вместимость ковша скрепера, а вместимость «с шапкой», что обусловлено большими линейными размерами ковша. Коэффициент использования скрепера в течение смены может быть равным 0,75—0,85. В некоторых исследованиях, проводимых за рубежом, при определении производительности скрепера предлагается учитывать коэффициент эффективности использования, который характеризует условия эксплуатации и организацию обслуживания (табл. 4.10).
Таблица 4.10
Значения коэффициента k3 эффективности использования скреперов
Условия разработки месторождения Организация обслуживания скреперов
Отличная Хорошая Удовлетворительная Плохая
Отличные 0,83 0,80 0,77 0,77
Хорошие 0,76 0,73 0,7 0,64
Удовлетворительные 0,72 0,69 0,66 0,6
Плохие 0,63 0,61 0,59 0,54
Под отличными условиями разработки подразумеваются легкие условия эксплуатации (сухой неабразивный материал; значительные расстояния транспортирования, позволяющие развивать высокие скорости; горизонтальные дороги с хорошим
9*
131
покрытием; минимальные простои оборудования), а также высококвалифицированная организация содержания и текущего обслуживания оборудования и наличие всех запчастей, предотвращающие длительные простои. Под плохими — трудные условия эксплуатации (короткие расстояния транспортирования; неблагоприятные климатические условия; высокая запыленность окружающей среды; плохие транспортные коммуникации и крутые затяжные подъемы; плохая несущая способность грунтов; тяжелые абразивные, плохо разрыхленные породы), а также неудовлетворительная ремонтная служба с неквалифицированным персоналом, низкое качество планирования и организации работ и др.
Цикл работ скрепера включает ряд последовательных операций, время выполнения части которых не зависит от расстояния транспортирования и является постоянной величиной для каждого типа скрепера. В постоянное время цикла входит время на загрузку, разгрузку и маневрирование. В конкретных условиях его лучше всего определять опытным путем, а при проектировании— пользоваться следующими данными: продолжительность постоянной части цикла составляет для скреперов скребковых (загрузка с помощью толкача) одномоторного и двухмоторного— соответственно 87 и 75 с, скребкового двухмоторного скреперного поезда «Пуш-Пул» (самозагружающийся последовательно с помощью другого скрепера)— 105 с, элеваторного скрепера (самозагружающегося) — 93 с.
Для предотвращения значительных простоев перед загрузкой число скреперов должно быть кратным числу толкачей. Однако из-за различия во времени рабочего цикла скрепера и толкача простои все-таки неизбежны. Максимальное число скреперов, обслуживаемых одним трактором-толкачом, Пстах:=Зг’ц.с/7’ц.т> (4.26)
где 7ц. с и 7ц. т — время рабочего цикла соответственно скрепера и толкача, с.
7Ц. т = 1,47, с +0,25, (4.27)
где 73. с — время загрузки скрепера, с.
Время цикла толкача обычно не превышает 1,2—2 мин, при этом затраты на тракторы-толкачи необходимо разделить пропорционально обслуживаемым скреперам. Если расстояния транспортирования небольшие и соответственно короткий цикл, то сочетание машин (скреперов и толкачей) в комплексе необходимо определять наиболее тщательно.
При работе самоходных скреперов с трактором-толкачом в основном применяют эллиптическую, поперечно-челночную и продольно-челночную схемы движения скреперов.
Эффективное использование трактора-толкача достигается при обслуживании им 4—6 скреперов. Рациональная организация работы указанных выше скреперных комплексов обеспечи-
132
a
мт-д Возвращение толкача на
*"0=^очередную загадку \
Набор грунта скрепером I Ход груженого скрепера с толкачом
о
Переход толкача на очередную загадку
Возвращение толкача.
~з~}
1
/
/ / i./й? порожнего скрепера 3.
(^по^ожнегоср<ререра2_2^_~~.~^~-..~~-
Хо.д порожнего скрепера 7
Рис. 4.8. Схемы работы трактора-толкача в составе а—че лночная; б—челночно-цепная; в — эллиптн р/.ски-цепная
скреперных комплексов:
вается ритмичным заездом скреперов в забой, при этом работу трактора-толкача организуют по челночной или челночно-цепной схеме.
При челночной схеме (рис. 4.8, а) трактор-толкач помогает первому скреперу наполнить ковш грунтом и задним ходом возвращается в исходное положение для наполнения ковша очередного скрепера. Такая схема работы трактора-толкача применяется при коротких забоях.
При челночно-цепной схеме (рис. 4.8, б) трактор-толкач помогает набрать грунт скреперу 1, затем скреперу 2 и, наконец, скреперу 3, после чего возвращается в первоначальное положение. Процесс набора грунта повторяется. При работе по этой схеме сокращается число холостых ходов толкача, увеличивается его производительность (загружаются до 20—25 скреперов в час).
Указанные схемы работы трактора-толкача применяют в горизонтальных и наклонных забоях.
133
Таблица 4.11
Характеристики и основные параметры карьеров, применяющих рыхли
Карьер, предприятие (страна) Разрабатываемые породы Производительность карьера, млн т в год (тыс. т в сутки) [режим работы]
Рыхлитель
Тип базового трактора Число единиц
Чилисайский фосфоритный рудник (СССР) Глины, суглинки, растительный слой Нет свед. — —
Брянский фосфоритный завод (СССР) Фосфоритная руда 0,3-0,4 — —
Несименто (США) Песчаник, медная руда 1.2 3
Пабко джипсум (США) Гипс Нет свед. Кат D9G 1
Блюберд (США) Сланцы, конгломераты, песчаник 1,8 (25) 2
Кат D8H 3
Предприятие в шт. Калифорния (США) Известняки, сланцы, песчаники, тяжелые глины с валунным материалом крупностью 1—1,8 м Нет свед.
Предприятие в шт. Кентукки (США) Луазн (Франция) Витри (Франция) Ориньи (Франция) Сланцы, песчаники, плитчатые известняки (vy= 1500 4- 2100 м/с) Известняки » » То же 1,6 (6,5) [двухсменная работа] 1,3 [220 рабочих дней при односменной работе] 1 [210—250 рабочих дней при двухсменной работе] Кат D9G 2 1
Ковро (Франция) Мел 1,5 (12) Кат D9H 3
Бу-Креа (Марокко) Трещиноватые известняки Нет свед. HD-21 1
Нью-Бирбхум (Индия) Сланцы 0,7 Кат D8H
* В качестве толкача используется РБА, применяемый на основных работах.
134
тельио-скреперные комплексы
Характеристика оборудования Расстояние транспортирования, м Размеры рабочего блока, м [число блоков)
Скрепер Толкач
Тнп Мощность двигателей (тягача/ скрепера), кВт Вместимость ковша (геометрическая/ с «шапкой»), м3 Число единиц| Тип Мощность, кВт Число единиц
Кат 637 336/186 23,7 2 Фиат-Аллис HD-41 390 1 350 -400 150 X 30
Кат 633D 336 26 4 — — — 500—800 60X30
Кат 657В 373/336 24,5/33,6 7 2 800 (80-^90)Х30 [3]
S-24 362 16/24,5 1 Кат D9G 287 1 900 100 X 35
Кат 651В 410 24,5/33,6 2 3 90 X 60 [2]
Кат 631В 310 16/24 6 Кат 574 1000
Кат 641 410 21,4/29 DD9G 2 —
Кат 630В 298 16/23 7 — —
Кат 641В 410 21,4/29 1 500—1500 60X20; 80X35; (150-4-200) ХЗО
Кат 657В 410/298 24,5/33,6 2 Кат D9G 287 680—1700 100X40
Кат 627 336 10,7/15,3 1 1* 1000 80X30
Кат 657 410/298 24,5/33,6 4 Кат D9H 306 600—1500 100 X 50
Аллис-Чалмерс 272 14/17,5 2 HD-21 200 — 80X35
260
Кат 619С 209 10,8/14 4 Кат D8H 201 1 300 365 X 70
135
Если длина фронта работ и ширина заходки допускают разработку встречными смежными проходами скреперов, то трактор-толкач работает по эллиптически-цепной схеме (рис. 4.8, в). При работе по этой схеме ликвидируются холостые пробеги трактор а-толкача, так как очередной скрепер возвращается в забой для набора грунта с противоположной стороны, а трактору-толкачу достаточно произвести поворот на 180°. Эллипти-чески-цепную схему работы трактора-толкача применяют при двустороннем размещении отвалов (например, внутреннее и внешнее их расположение).
В комплекс машин для выполнения скреперных работ должны входить также автогрейдеры. Для скреперов с ковшами вместимостью (геометрической) 15—23 м3 мощность автогрейдера составляет 90—112 кВт, 24—29 м3—134 кВт, 30 м3 — 186 кВт. Данные рациональные сочетания типоразмеров скреперов и автогрейдеров составлены на основании анализа опыта совместной эксплуатации указанных машин.
Параметры систем разработки и составы рыхлительно-скре-перных комплексов, применяемые на некоторых отечественных и зарубежных карьерах, приведены в табл. 4.11.
5. ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСОВ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
5.1. МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РАБОТ
В связи с отсутствием теоретических основ применения комплексов мобильного оборудования на открытых горных разработках, а также отечественного опыта по рациональному взаимодействию звеньев комплекса данные о технологических и эксплуатационных параметрах можно получить при промышленных испытаниях и экспериментальных исследованиях отдельных видов нового мобильного оборудования в' реальных условиях открытых горных разработок. Поэтому основной целью проводимых экспериментальных исследований машин различных типоразмеров, входящих в комплексы мобильного оборудования, являлось определение фактических параметров эксплуатации и режимов работы, влияющих на производительность оборудования, а также других технико-экономических показателей.
Производственные эксперименты проводились * в период с 1971 по 1980 г. на карьерах Подольского цементного завода, Афанасьевском карьере цементного сырья, карьерах КПО «Фосфорит», Брянском фосфоритном заводе и Чилисайском фосфоритном руднике (табл. 5.1).
В процессе испытаний изучались технико-эксплуатационные параметры рыхлительно-бульдозерных агрегатов, погрузчиков, скреперов и рациональные схемы их работы в различных горно-технических условиях. Кроме этого были исследованы смежные технологические процессы работы комплексов мобильного оборудования (рыхление — штабелирование, выемка — погрузка, транспортирование, складирование — отвалообразование) и определены рациональные параметры и технико-экономические показатели процессов, составляющих технологический цикл.
Для оценки работоспособности и анализа технологических особенностей машин в процессе испытаний проводились хронометражные наблюдения. Обработка их выполнялась с дифференцированием производственного цикла на отдельные элементы рабочего процесса и вспомогательные операции. Результирующие данные хронометражных наблюдений обрабатывались методом математической статистики.
При исследовании механического рыхления: изучались физико-механические свойства горных пород и производился выбор
” Помимо авторов в проведении экспериментальных работ на разных этапах исследований принимали участие О. П. Якобашвили, А. И. Цыкин, И. Б. Сафронова, В. Г. Мпльгупов, Б. М. Максимов, Б. С. Костылев, М. Г. Арутюнова, И. Г. Беленький.
137
Примечание. В скобках указаны мощность двигателя (кВт) и вместимость ковша (м8).
участков, на которых оно возможно и целесообразно; определялась наибольшая производительность агрегатов при рыхлении и бульдозерованни за час «чистой» работы и в смену, при различных параметрах рабочих площадок, на горизонтальных и наклонных рабочих площадках при параллельных и параллельно-перекрестных проходах в зависимости от крепости, трещиноватости и других свойств пород; фиксировался износ рабочего и сменного оборудования.
В процессе испытаний погрузчика исследовались рациональные схемы работы его в качестве выемочно-погрузочного оборудования, определялись границы эффективного применения его в качестве погрузочно-транспортного оборудования, а также исследовалась технология отсыпки погрузчиком усреднительного штабеля.
При испытаниях скреперов изучались рациональные технологические схемы разработки маломощных пластов вскрышных пород и полезного ископаемого, а также процессы выемки, транспортирования, складирования руды или отсыпки вскрышных пород в выработанном пространстве.
В процессе испытаний учитывался расход дизельного топлива, смазочных материалов, наконечников зуба рыхлителя. Себестоимости рыхления, рыхления и штабелирования, погрузочных и погрузочно-транспортных работ определялись по элементам затрат на амортизацию, заработную плату, износ наконечников (рыхлитель) и шин (погрузчик, скрепер), дизельное топливо, смазочные материалы и прочим расходам.
Указанные затраты определялись за периоды испытаний с разделением по видам работ. Затраты по всем элементам на рыхление, штабелирование, погрузку и транспортирование были отнесены ко всему объему разрыхленной, погруженной, перемещенной и складированной или отсыпанной горной массы. Определение и учет выполненных объемов производился с помощью маркшейдерских замеров.
5.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ 1
ПОКАЗАТЕЛЕЙ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ РАЗРАБОТКИ С ПРИМЕНЕНИЕМ
КОМПЛЕКСОВ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Работа комплекса «рыхлительно-бульдозерный агрегат (РБА)—колесный погрузчик (КП)» исследовалась в условиях известнякового карьера Подольского цементного завода в 1971 г. Промышленные испытания проводились с использованием РБА на тракторе фирмы «Катерпиллер» D9G мощностью 283 кВт н КП этой же фирмы модели 992 с ковшом вместимостью 7,65 м3 и мощностью двигателя 404 кВт. Были выбраны два горизонта с отметками 140 и 147 м. В кровле верхнего горизонта (147 м) залегали плотные органогенно-обломочные известняки сероватого цвета. Кровля нижележащего уступа была
139
сложена менее плотными желтоватыми известняками со значительным содержанием илистых частиц. Массив разбит двумя системами вертикальных и горизонтальных трещин с интенсивностью соответственно 2—3 и 1,5—2,5 на 1 м длины. В массиве встречались кремнистые включения мощностью 1—2 м с размерами в плане от одного до нескольких десятков метров.
При подготовке к испытаниям рыхлителя с помощью сейсмических исследований была определена принципиальная возможность применения механического рыхления, уточнены границы и размеры участков исследований. Размеры площадок в плане составляли для горизонтов: 140 м — 60X50 м; 147 м — 60 X 40 м. Во время испытаний осуществляли рыхление массива рыхлителем: параллельными проходами в прямом и противоположном направлениях на горизонтальных участках; параллельными проходами в одном направлении на горизонтальных и наклонных участках; параллельно-перекрестными проходами на горизонтальных участках. Рабочая скорость при рыхлении на горизонтальных участках изменялась от 2,2 до 3,1 км/ч, или в среднем 2,4 км/ч (первая передача), скорость холостого (обратного) хода трактора — от 7 до 11,3 км/ч, или в среднем 8,8 км/ч (вторая и третья задние передачи). По данным маркшейдерских замеров за время исследований средняя глубина эффективного рыхления одного слоя массива составила 29,5 см при глубине внедрения зуба рыхлителя 33—36 см.
По окончании рыхления агрегат штабелировал разрыхленную горную массу7 в штабели высотой 4—6 м. В результате замеров было установлено, что объем вала породы, перемещаемой отвалом бульдозера, равен 10,1 м3 (в разрыхленном состоянии). Производительность машины на данной операции составила: при расстоянии перемещения 35 м — 492 м3/ч; при расстоянии 53 м — 337 м3/ч.
При рыхлении и штабелировании была достигнута производительность агрегата соответственно 314 и 260 м3/ч (или 530 и 430 т/ч).
Себестоимость подготовки 1 м3 известняка к выемочно-погрузочным и транспортным работам составила 5—6 коп. при стоимости буровзрывных работ в этих условиях 38 коп/м3.
После маркшейдерских замеров часть разрыхленной горной массы сбрасывалась РБА под откос на нижележащий горизонт (125 м), а затем из забоев транспортировалась погрузчиком на различные расстояния и складировалась. На горизонте 140 м погрузчик черпал горную массу из штабелей и перемещал ее на нижележащий горизонт для последующего складирования. Испытания погрузчика производились в забоях высотой 15 м (горизонт 125 м) и 4—6 м (горизонт 140 м). В зависимости от крупности кусков время наполнения (черпания) ковша изменялось от 8 до 10,4 с, коэффициент наполнения ковша — от 1 до 1,2. Наполнив ковш, погрузчик разворачивался и транспортировал известняк к месту выгрузки соответственно на расстояния
140
Рис. 5.1. График зависимости средней скорости оп движения груженого (/) и порожнего (2) погрузчика грузоподъемностью 13,6 т от дальности транспортирования L
Рис. 5.2. График зависимости производительности Qp рыхлителя от длины рабочего хода L при рыхлении и бульдозеровании мергеля (сплошные линии) и доломита (штриховые линии):
1 и 4— по схеме с разворотом трактора и рыхлением в противоположном направлении; 2 и 3—по челночной схеме с обратным холостым ходом; б—1о—на площадках соответственно горизонтальной (5 и 6) и наклонных—10 % (7 и 8) и 20 % (9 н ю)
120, 150, 430 и 785 м. Время выгрузки ковша составляло 2,3— 2,8 с. Скорость движения погрузчика по внутрикарьерным дорогам низшего типа изменялась в зависимости от расстояния и составляла для груженого погрузчика от 12,7 до 17,6 км/ч, для порожнего — от 13,3 до 20,2 км/ч (рис. 5.1). Производительность погрузчика при работе его в качестве погрузочно-транспортного оборудования в среднем составила при перемещении известняка на расстояние 120, 430 и 785 м соответственно 550, 240 и 126 т/ч, а себестоимость перемещения 1 т известняка — соответственно 3,5; 8,7 и 17,2 коп.
Исследовались также элементы погрузочного цикла, состоящего из следующих операций: наполнение ковша — 8 4-11 с; разворот и движение груженого погрузчика к транспортному сосуду—11-4-13 с; разгрузка ковша — 5 4-6 с; разворот и движение порожнего погрузчика к забою (штабелю) — 9 с. Средняя продолжительность погрузочного цикла составила 37 с при коэффициенте наполнения ковша в среднем 1,05.
Исследование массива и опытно-промышленные испытания отечественного РБА Д-652АС (с одной стойкой) были проведены в 1973 г. в условиях Афанасьевского карьера цементного сырья. Полезная толща месторождения здесь представлена тремя пластами: верхним (мергелем), средним (доломитом) и нижним (известняком), каждый мощностью соответственно 10; 2,9 и 4 м. Для выполнения работ по рыхлению на кровле уступа мергеля (горизонт 123 м) выбрали три площадки размерами в плане соответственно 20 X Ю, 40 X 10 и 60 X Ю м и две площадки размерами 56X20 и 40X20 м на кровле доломита (горизонт 117 м). В процессе исследований были экспериментально изучены схемы рыхления с разворотом трактора после завершс-
141
ния прохода с последующим рыхлением в противоположном направлении и челноковая (с обратным холостым ходом), что позволило установить рациональные области их применения. Так, при рыхлении доломита схема работы трактора с обратным холостым ходом (челноковая) более рациональна при длине рабочего хода до 60 м, а при рыхлении мергеля — до 40 м (рис. 5.2).
По окончании рыхления на горизонте 117 м РБА штабелировал разрыхленный доломит в штабели при расстояниях перемещения 20, 40 и 60 м, на горизонте 123 м перемещал и сбрасывал разрыхленный мергель под откос на нижележащий горизонт в забой экскаватора. Расстояние бульдозерования составляло 10, 20, 30, 40 и 60 м. Перемещение материала производилось как на горизонтальной площадке, так и под уклон (10 и 20'%). Производительность рыхлителя (без бульдозерования) при рыхлении доломита (длина прохода 40—56 м) и мергеля (длина прохода 20—60 м) составила соответственно 660—748 и 537—882 м3/ч. Невысокая крепость и мелкотрещиноватый характер массива, сложенного доломитом, позволили обеспечить глубину эффективного рыхления в среднем 77,5 см и установить оптимальное расстояние между проходами рыхлителя в среднем 1,05 м. При увеличении этого расстояния между бороздами оставались гребни неразрушенного массива, что затрудняло последующие операции по бульдозерованшо разрыхленного доломита. Максимальный размер куска разрыхленного доломита достигал 500 мм, при этом около 90 % составляла горная масса крупностью до 100 мм. Достаточно ровный гранулометрический состав разрыхленной горной массы, а также отсутствие неровностей и крупногабаритных кусков на рабочей площадке позволили РБА развивать высокую скорость при обратном холостом ходе (6—7 км/ч), что способствовало увеличению рациональной длины прохода его по Челноковой схеме (по сравнению с рыхлением на уступе мергеля). Плитчатый характер массива мергеля [размер плит в массиве (14- 1,2) X X 1 X (0,3 4- 0,5) м] обусловил увеличение расстояния между проходами рыхлителя в среднем до 1,5 м при средней глубине эффективного рыхления 59,5 см. Крупность разрыхленного мергеля составляла: 10—20 % (максимальная)— до 900 мм (в ребре); 80—90 % —300 4-400 мм. Наличие крупнокускового мергеля на рабочей площадке не позволило РБА развивать устойчивые высокие скорости холостого хода (в среднем не более 5 км/ч), что сказалось на уменьшении длины рабочего хода рыхлителя при Челноковой схеме (до 40 м).
Так как исследованные схемы горных работ предусматривали использование РБА последовательно на двух операциях (рыхлении и штабелировании), были изучены факторы, влияющие на производительность бульдозера (скорости рабочего и холостого хода, объем призмы перемещаемого материала отвалом бульдозера). Наблюдения показали, что скорость рабочего
142
Рис. 5.3. График зависимости производительности бульдозера Qc от расстояния перемещения L горной массы:
1, 3, 5—при работе на доломите соответственно на горизонтальной и наклонных (10 и 20 %) рабочих площадках; 2, 6—то же, при работе на мергеле
Рис. 5.4. График зависимости производительности РБА Qa от уклона рабочих площадок i при длине рабочего хода 20, 40 и 60 м:
I, 3, б—рыхление мергеля; 2, 4, 6—рыхление доломита
хода РБА (в том числе скорость набора породы) с увеличением расстояния транспортирования возрастает незначительно, а скорость холостого хода при этом изменяется в широких пределах. Так, средние скорости холостого хода при расстояниях транспортирования 20, 40 и 60 м составляли соответственно 4,36; 4,9 и 5,02 км/ч. Как указывалось выше на скорость движения РБА существенно влияют характер и микропрофиль пути: при наличии неровностей и крупногабаритных кусков скорость холостого хода снижается на 10—30 %. Скорость набора породы отвалом РБА при средней величине заглубления до 10 см практически не отличается от скорости рабочего хода. При заглублении отвала до 30 см скорость РБА снижается на 20%, а путь набора уменьшается в 4—5 раз, что, однако, не сокращает продолжительности цикла перемещения породы. Объем породы, перемещаемой отвалом бульдозера по горизонтальному участку, составляет 4,5—4,7 м3.
Исследования показали, что одним из основных факторов, влияющих на производительность РБА, является расстояние передвижения его в процессе работы. С увеличением расстояния передвижения агрегата наблюдается довольно резкий рост его производительности QP при рыхлении по различным схемам (см. рис. 5.2) и резкое (особенно в диапазоне расстояний 10— 30 м) снижение производительности Q6 при бульдозеровании (рис. 5.3). Поскольку доля процесса рыхления в общем времени составляет (в зависимости от длины площадки рыхления) от 4 до 30 %, суммарная производительность агрегата при увелн-
143
ченип расстояния передвижения имеет тенденцию к снижению (см. рис. 5.2). Большое влияние на производительность агрегата оказывает также уклон рабочей площадки, так как при рыхлении и бульдозеровании под уклон наблюдается значительный рост производительности агрегата (рис. 5.4). При этом продолжительность рыхления в течение смены возрастает и достигает 11—44 % от общего времени работы агрегата. С увеличением расстояния передвижения агрегата влияние уклона площадки на производительность уменьшается.
В 1974 г. для условий Кингисеппского месторождения, являющегося сырьевой базой КПО «Фосфорит», на основании комплексной оценки физико-механических свойств и состояния пород был выбран н обоснован рациональный типоразмер рыхлителя, а также в результате прогнозной оценки определена его производительность в зависимости от скорости распространения упругих волн в массиве. Данное месторождение представлено скабонаклонной залежью (мелко и среднезернистымн фос-фатизированными песками) средней мощностью около 3 м, которая перекрыта толшей доломитизированных известняков мощностью от 1 до 20 м, разрабатываемых с помощью буровзрывных работ по бестранспортной системе. Площадь месторождения пересечена различными транспортными и другими коммуникациями, в результате чего при существующей технологии открытых горных работ в охранных целиках шириной 300—350 м законсервированы запасы ценного сырья. Для этих условий была разработана технологическая схема с применением комплекса «рыхлитель — драглайн» и проведены промышленные испытания РБА (Катерпиллер D9H), позволившие уточнить параметры процесса рыхления и технологии разработки. Рыхление известняков производилось горизонтальными слоями. Разрыхленная горная масса перемещалась в выработанное пространство. Производительность агрегата при работе рыхлителем составляла 365—425 м3/ч, бульдозером—163 4-475 м3/ч. Поскольку операции рыхления и бульдозерования выполнялись попеременно, производительность агрегата в целом составила 118—203 м3/ч. Для выяснения возможности управления куско-ватостыо горной массы, подготавливаемой к выемочным и погрузочно-транспортным работам, исследовали влияние расстояния между проходами рыхлителя на кусковатость породы. Гранулометрический состав определяли фотопланометрическпм методом н затем строили кумулятивные кривые кусковатостн разрыхленной горной массы (рис. 5.5) в зависимости от расстояния между проходами рыхлителя, равными 1,3 (кривая 1) и 1,8 м (кривая 2). При изменении расстояния от 1,3 до 1,8 м средний линейный размер куска, взвешенный по массовым (объемным) выходам породы, возрастает по линейной зависимости (рис. 5.6).
В 1978 г. на локальном участке «Мальцевские выселки» Пол-пинского месторождения желваковых фосфоритов, являющегося
144
Рис. 5.5. Кумулятивные кривые кус-коватости разрыхленного массива при расстояниях между проходами рыхлителя 1,3 (/) и 1,8 м (2)
сырьевой базой Брянского фосзавода, были проведены опытнопромышленные работы с использованием большегрузных скреперов Катерпиллер 633D на послойной отработке и складировании различных пород месторождения. Для испытаний был выбран участок в западной части карьера, свободный от древесной растительности. Форма участка — трапецеидальная с размерами оснований 20 и 40 м, длиной — 40 м. Граница участка с севера — водоотводная канава, с юга — линия электропередач. Для складирования пустых пород был выбран участок к юго-западу от карьера, при этом дальность транспортирования вскрыши в грузовом и порожняковом направлениях составляла соответственно 300 и 250 м, транспортирования руды на прирельсовый склад — 600 м.
Разрабатывались следующие породы:
растительный слой мощностью до 30 см, влажностью 2—16 %;
четвертичные отложения мощностью до 0,4 м, представленные бурыми, светло-бурыми и светло-серыми разнозернистымп кварцевыми или кварц-полевошпатовыми песками с зонами интенсивного ожелезнения. Влажность отложений — 6-4-10%;
фосфоритная руда, представленная песчанистыми неокатан-ными фосфоритными желваками, залегающими в кварц-глауко-нитовом песке. Мощность слоя — около 0,42 м.
Рис. 5.6. Зависимость средней кусковатости dcp разрыхленной горной массы от расстояния между проходами рыхлителя I
Рис. 5.7. Параллельно-ребристая схема работа скрепера:
1—15—последовательность отработки массива
Ю К. Н. Трубецкой и др.
145
Разработка велась горизонтальными слоями с применением параллельно-ребристого способа резания (рис. 5.7), который заключается в следующем. Площадь набора грунта разбивается в поперечном направлении на ряд полос с промежуточными расстояниями, равными примерно 1/2 ширины ножа скрепера. В первой, второй и третьей проходках грунт срезается на всю ширину ножа скрепера. При разработке промежуточных полос снимается стружка еще большей толщины. Такой способ разработки обеспечивает постоянное движение скрепера по укатанной колее, что особенно важно в условиях разработки слабонесущнх грунтов. Учитывая, что породы зачистки, представляющие собой смесь песка с желваками, являются хорошим материалом для дорожного строительства, скреперами за 8 машино-ч было отсыпано полотно рудовозной автодороги толщиной 15—40 см, длиной 600 м и шириной около 12 м, соединяющей карьер с прирельсовым складом руды. Укатывание и планировка отсыпаемого материала производились также скреперами. Качественная отсыпка полотна и хорошее состояние покрытия позволили поддерживать высокие скорости при транспортировании руды в грузовом и порожняковом направлениях—-соответственно 25 и 32 км/ч. При разработке пород вскрыши эти скорости составили соответственно 12—14 и 16 км/ч. Меньшая скорость скреперов в последнем случае объясняется тем, что разработка месторождений, представленных маломощными рудными пластами и покрывающими породами, характеризуется интенсивным подвиганием фронта горных работ и отсутствием возможности устройства постоянных транспортных коммуникаций в пределах карьерного поля.
При применении скреперов в качестве основного горного и транспортного оборудования целесообразна блочная разработка карьерного поля, при которой выработанное пространство блока используется для складирования пустых пород следующего блока и т. д. В этих условиях для транспортирования пород вскрыши возможно использование только грунтовых дорог низшего типа. На перегрузочном складе руда из штабеля, сформированного скреперами, отгружалась на железнодорожный транспорт узкой колеи в думпкары грузоподъемностью 35—42 т колесным погрузчиком Мичиган 475. Время черпания материала из штабеля—11-7-12 с. При ширине склада 20—25 м длина пути погрузчика при выполнении маневра с отъездом после черпания от штабеля и подъездом к думпкару для разгрузки составляла 20—25 м, продолжительность маневра 18 4-22 с, время разгрузки ковша—10 4-11 с. После разгрузки погрузчик отъезжал от думпкара и возвращался к штабелю, выполняя этот маневр за 15—17 с. Общее время одного цикла составило 54—62 с. Один думпкар загружался за три цикла. Кроме погрузочных работ погрузчик использовался также на вспомогательных работах по окучиванию руды после разгрузки скреперов на складе. Производительность погрузчика при погрузке соста
146
вила 700—800 т/ч (при коэффициенте использования машины в течение часа, равном 0,85). Анализ условий применения погрузчика показал, что из-за отсутствия подготовки основания склада (отсыпки щебнем и уплотнения его) скорость выполнения им маневров в груженом н порожнем состоянии невысока (соответственно 4 и 4,9 км/ч). Вместе с тем, продолжительность именно этих операций, составляющая 60—65 % времени цикла, в основном определяет производительность погрузчика.
Исследования технико-эксплуатационных параметров работы большегрузных самоходных скреперов Катерпиллер моделей 633D и 637 были проведены в 1979 г. на карьере № 2 Чилисай-ского фосфоритного рудника, эксплуатирующего одноименное месторождение. Мощность фосфоритного пласта здесь изменяется от 0,2 до 1,6 м. Покрывающие породы средней мощностью около 3,5 м представлены плотными кампанскими глинами и четвертичными суглинками. Для удаления растительного слоя и суглинков (мощностью 0,1—0,4 м) и складирования их в специальный отвал с целью последующей рекультивации применялись два скрепера 633D. Разработку глин и сооружение насыпи (дамбы под рудный склад) производили два скрепера модели 637. Длина транспортирования в грузовом и порожняковом направлениях составила соответственно 350—370 и 600— 640 м.
Разработка глин велась двумя двухмоторными скреперами Катерпиллер 637, объединенными в тандем посредством разъемного соединения. В передней части скрепера был установлен толкающий блок (амортизатор и скоба), а в задней — буферный блок, в который упирается толкающий блок, и крюк, на который накидывается скоба. При подходе к забою первый скрепер опускал ковш и начинал загрузку с помощью второго скрепера, который служил в этот момент толкачом. Окончив загрузку, первый, уже загруженный скрепер, помогал второму загружаться, выполняя роль тягача, после чего скреперы разъединялись с пульта управления из кабины оператора заднего скрепера н следовали к месту разгрузки. Длина рабочей зоны, в которой осуществлялись последовательный набор породы двумя скреперами и сцепка — расцепка, составляла около 120 м. Время набора породы передним скрепером составило в среднем 38 с, задним — 30 с, а замеры объема набранной породы показали, что в ковш переднего скрепера загружается породы меньше (на 6—8 %), чем в ковш заднего. Такие показатели обусловлены более высоким тяговым усилием загруженного переднего скрепера, служащего тягачом в процессе тандемного набора. По данным замеров коэффициент наполнения ковша составлял в среднем 0,85. Время набора и коэффициент наполнения ковша были исследованы также при раздельной самостоятельной загрузке двух скреперов. В результате были получены следующие данные: время загрузки одного скрепера — 75 4-80 с; коэффициент наполнения ковша — 0,8 4-0,82. При этих показателях
10* 147
производительность скрепера снизилась на 10 %. Средняя эксплуатационная скорость движения груженых скреперов составляла около 15 км/ч. Отсутствие вспомогательной техники в период испытаний (грейдера для обслуживания транспортных коммуникаций, бульдозера или уплотнителя в месте разгрузки) не позволило развивать более высокие скорости движения и даже поддерживать их на достигнутом уровне (20 км/ч). В процессе выполнения рабочего цикла на транспортных коммуникациях (грунтовые дороги) образовывалась колея глубиной: после второго рейса—17 см, после третьего-—25 см, после четвертого—10 см, а скорость движения груженого скрепера снизилась с 20 до 11 км/ч. В результате после каждого третьего рейса приходилось выполнять холостой пробег с опущенным ковшом и открытым днищем для приведения откаточной дороги в удовлетворительное состояние, но это в значительной степени снижало производительность скреперов. Количество груженых рейсов в час сокращалось в среднем с 11,3 до 9, при этом снижалась сменная производительность машины соответственно с 940 до 750 м3. Дорожные условия аналогично влияли и на скорость движения порожнего скрепера, которая составляла в среднем 18 км/ч. После профилирования дороги скорость возрастала до 25 км/ч. Разгрузка скреперов начиналась на скорости, близкой к транспортной, но в процессе разгрузки вследствие крупности кусков и значительной плотности материала скорость резко падала (с 15 до 7—8 км/ч). Продолжительность разгрузки составляла 13—16 с.
Опытно-промышленные исследования, проведенные в 1981 г. на карьере № 8 Подмосковного ПО «Фосфаты», позволили определить границы и области рационального применения большегрузных скреперов в качестве дополнительного (к основному) оборудования.
Горно-технические условия разработки карьера (мощность покрывающих пород превышает технические возможности основного горного оборудования — многочерпаковых экскаваторов Букау) обусловили необходимость ввода дополнительного вскрышного уступа высотой 2—5 м на фронте 800—900 м, который разрабатывался по транспортной системе с вывозом вскрышных пород во внешние отвалы.
Разработка велась тонкими горизонтальными слоями и блоками размером (150 ~ 160) X (35-4-40) м. Транспортные коммуникации были сооружены скреперами. Удаляемые породы вскрыши складировались в юго-восточной части карьера, вдоль конечной траншеи.
Исследовалось влияние состояния дорожных условий на скорость движения скреперов Катерпиллер 633D. Первоначально движение осуществлялось по разъезженной дороге, изрезанной колеями, с заглублением шин около 10 см (коэффициент сопротивления движению — около 0,09). При этом средняя скорость движения скрепера в грузовом направлении составляла
148
13,1 км/ч, в порожняковом—18,4 км/ч (соотношение между этими скоростями 1 : 1,4). Последующая серия измерений проводилась после планировки и укатывания поверхности автодороги и отвала колесным бульдозером Мичиган 380. Заглубление шин скрепера npri движении по автодороге в груженом состоянии уменьшилось до 3—5 см (коэффициент сопротивления движению— около 0,05). Скорость движения груженого скрепера увеличилась на 42 %, порожнего — на 4 %. На 6 % возросла скорость скрепера при разгрузке.
5.3. ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Выполненные опытно-промышленные исследования позволили установить оптимальные технико-эксплуатационные параметры мобильного оборудования, эксплуатируемого на отечественных карьерах, что обеспечило возможность исследования рациональных условий объединения отдельных машин в комплексы.
Рыхлнтельно-бульдозерные агрегаты исследовались в достаточно широком диапазоне массивов, характеризующихся скоростями распространения упругих волн от 360 до 1800 м/с и коэффициентом крепости пород от 2 до 8 по шкале проф. М. М. Протодьяконова. Разрабатываемые породы представляли собой полезное ископаемое (Подольский цементный завод, Афанасьевский карьер цементного сырья) и вскрышные породы (КПО «Фосфорит»). Было исследовано влияние расстояния между проходами на кусковатость горной массы, а также была обоснована рациональная длина рабочего хода рыхлителя при рыхлении с обратным (холостым) ходом, а также с поворотом и рыхлением в обратном направлении и получена производительность РБА при подготовке массива к выемочнотранспортным работам (рыхление-—штабелирование), что позволяет применительно к исследованным условиям выбрать рациональное оборудование для выполнения последующих операций (выемка и транспортирование).
Обобщенные данные по параметрам рабочего цикла рыхли-тельно-бульдозерных агрегатов, полученные в процессе опытнопромышленных работ на отечественных карьерах, приведены в табл. 5.2.
Колесные погрузчики исследовались при разработке штабелей разрыхленных скальных (известняк) и рыхлых (фосфоритная руда желвакового типа) пород с погрузкой их в авто- и железнодорожный транспорт, а также при транспортировании (в ковше) на различные расстояния. Анализ результатов опытно-промышленных работ (табл. 5.3) показал, что при выполнении погрузочных работ время цикла во многом определяется двумя факторами — взаимным расположением транспортного сосуда и погрузчика, а также состоянием поверхности рабочей
149
Таблица 5.2
Технико-эксплуатационные параметры рыхлительно-бульдозерных агрегатов, применяемых на отечественных карьерах
пипвн -оГГэгээи xHHSKBd -xanoHodx oi auj, LO СГ5 оо СГ5 СО оо СО § III
GJ и СТЬДВИ-т трак-км/ч Холостой ход оо 5,2 со 3,5 1 1 1
£C О o> « о Скоро! >кени5 тора, Рабочий ход £‘2 2,8 ТО оГ сч 1 1 1
El Объем нала породы, м3 1'01 4,5-4,7 10,3
движения ра, км/ч Холостой ход 7-11,3 4,2—6,1 6,1-7,46 4.1-6,1 4,2 4,0 со
Скорость тракто; Рабочий ход 2,2-3,0 2,4—3,2 2,4-3,3 2,1-2,9 1,9-2.4 6'0 ’“I то
'ыхление Время на внедрение и подня- тие зуба рыхлителя, с 4-6 12-15 21-11 10-12 11-13
Глубина рых- ле-ния, м СО со со О 0,78 0,5 О 0,75 0,7
к g о) ч о ® £ CJ Я GJ ® ж? о. 1 проходами, м 1,6-1,9 ТО о 1,3-1,8 CN ТО
Длина прохода । агрегата, м ОО ш 1 ю со 47-53 20; 40; 60 40; 56 о о ю О 50-60
Таблица 5.3
Технико-эксплуатационные параметры большегрузных колесных погрузчиков, применяемых на отечественных карьерах
Показатели Вместимость ковша погрузчика, м3
7,65 9.2
Операции, выполняемые погрузчи- Погрузка Погрузочно- Погрузка
КОМ в авто- транспорт- В
самосвалы ные думпкары
Грузоподъемность погрузчика, т 13,6 16,3
Коэффициент наполнения ковша 1,05 1,0-1,2 0,92—1
Масса горной породы в ковше, т 11,9 10,5—12,6 13,5-14,8
Коэффициент разрыхления горной породы в ковше 1,34 -1,46 1,3
Время черпания ковша, с 8 11 8—10,4 11—12
Длина пути при выполнении маневра погрузчиком при отъезде от штабеля (груженым) и после разгрузки, м Маневр погрузчика в груженом состоянии: 15- -20 20-25
продолжительность, с 11 — 12 12—14 18-21
скорость движения, км/ч 5,6 5,2 4,1
Время разгрузки ковша, с Маневр погрузчика после разгрузки: 5-6 3-4 10—11
продолжительность, с 9—11 7—9 15—17
скорость движения, км/ч 6,1 7,7 4,9
Итого время на операции погрузки, разгрузки и выполнения маневров погрузчика в груженом и порожнем состоянии, с 37 35 58
Расстояние транспортирования горной массы погрузчиком, м Время движения погрузчика, с: — 120-785
груженого — 28,7—161,3 —
порожнего к забою Скорость движения погрузчика, км/ч: — 27,9—145,4
груженого — 15—17,8 —
порожнего — 16—21 —
Полное время погрузочного и погрузочно-транспортного цикла, с 37 91,4-341,7 58
площадки. Время разгрузки ковша при рациональном расположении двух механизмов (автосамосвала и погрузчика) составило 5-—6 с, тогда как при разгрузке в думпкары оно увеличивалось почти вдвое (10—11 с). При разработке скальных пород (карьер Подольского цемзавода) и хороших дорожных условиях время выполнения маневров погрузчиком при развороте груженого (в районе черпания) и порожнего (в месте разгрузки) составило 20—23 с. Эти же маневры в условиях рыхлых пород и неуплотненной рабочей площадки перегрузочного
150
151
склада (Брянский фосзавод) выполнялись за 33—38 с. При выполнении погрузочных работ и транспортировании на расстояние 120—785 м время цикла изменялось от 91,4 до 341,7 с. Анализ времени цикла показывает, что удельный вес времени на погрузку, разгрузку и маневры в общем цикле составляет соответственно от 30 до 10 %. Причем это время не зависит от расстояния транспортирования. Изучение разброса времени погрузки, разгрузки н маневров показывает, что оно в каждом случае не превышает 10%, а если принять во внимание, что сумма этих операций составляет 10—30 % общего времени цикла 7'ц, то указанные выше расхождения сократятся по отношению к 7'ц до значений, обеспечивающих приемлемую для проектных расчетов точность. Таким образом, при разработке скальных и полускальных пород рекомендуется принимать для проектных расчетов
Аог ( ^раз 4 Ai const. (5.1)
Рыхлительно-погрузочно-транспортный комплекс (РПТ) в составе РБА на тракторе мощностью 294—314 кВт и погрузчика с ковшом вместимостью 7,65 м3 (на основании полученных параметров рабочих циклов и исследований технологических особенностей этих машин) представляет собой сбалансированную систему. Число РБА н погрузчиков комплекса РПТ зависит от мощности годового грузопотока и расстояния транспортирования (табл. 5.4).
Таблица 5.4
Число единиц оборудования, входящего в комплекс РПТ
Параметры самоходных скреперов изучались при разработке различных рыхлых пород — растительного слоя, песка, суглинков, песчано-гравийного грунта, глины, фосфоритной руды. Анализ результатов опытно-промышленных испытаний (табл. 5.5) позволил установить, что одним из основных факторов, в значительной мере влияющих на производительность машины, является состояние транспортных коммуникаций. Так, наличие хорошо укатанной, специально отсыпанной дороги от карьера до перегрузочного склада на Брянском фосзаводе поз
152
воляет поддерживать высокие среднеэксплуатационные скорости скреперов Катерпиллер 633D в груженом (25 км/ч) и порожнем (32 км/ч) состояниях. В условиях Чилисайского фосрудника установлено, что своевременное профилирование транспортных коммуникаций дорожной техникой позволяет на 80 % увеличить скорость движения груженого скрепера и на 40 % — порожнего с соответствующим повышением сменной производительности на 25—40 %.
Таблица 5.5
Технико-эксплуатационные параметры самоходных скреперов с ковшами вместимостью «с шапкой» 26 (23,7) м3
Показатели Разрабатываемые породы
Вскрышные Руда Растительный слой Глина Пески, суглинки
Расстояние перемещения скрепера, м: 350 (370) 1250
груженого 300 600
порожнего 250 600 (640) 1450
при разгрузке 50 60 50 (30) 45—50
при загрузке 50—60 60—80 100 (60) . 123
Процесс загрузки: 70—80 115
время, с 50—60 60—70 (35—43)
скорость скрепера, км/ч 4,8 4,2 4 (5,6-7,2) 3,85
Процесс разгрузки:
время, с 12- -15 10—15 (13-16) 17
скорость скрепера, км/ч 12 18 12 (7-8) 10,6
Скорость скрепера, км/ч: 11,8—13,5 13/18,5
груженого 12—14 25 (11—20)
порожнего 16 32 15—16 (18-25) 18,4/19,1
Коэффициент: 0,95 0,93 (0,85)
наполнения ковша 0,9 0,85
разрыхления горной по- 1,25 1,4 1,25 (1,35) 0,25
роды в ковше 785/675
Продолжительность цикла, с 201—214 226—239 340—360 (282,4-287,6)
Предприятие Брянский Чилисайский Под-
фосфоритный фосфоритный москов-
завод рудник ное ПО «Фосфаты»
Примечание. В числителе приведены данные для плохих дорожных условий; (дороги, не обслуживаемые дорожной техникой), в знаменателе—для нормальных.
На Подмосковном ПО «Фосфаты» периодическое обслуживание (один раз в смену) транспортных коммуникаций и зоны разгрузки позволило на 42 % увеличить скорость движения груженого скрепера и на 4 % — порожнего. На 6 % возросла скорость при разгрузке. В результате сменная производительность скрепера повысилась с 518 до 603 м3. Были определены границы и рациональные области применения скреперов (рис. 5.8)
153-
Рис. 5.8. Границы рационального применения скреперных комплексов в условиях карьеров Подмосковного ПО «Фосфаты»:
1—область применения скреперных комплексов; 2—область конкурентоспособных значений; 3—область применения комплекса «экскаватор— автосамосвал»
в сопоставлении с традиционным комплексом горного и транспортного оборудования «экскаватор — автосамосвал»: при расстояниях транспортирования до 0,9 км рационально использование скреперных комплексов; интервал 0,9—1,5 км соответствует области конкурентоспособных значений при значительно лучших показателях скреперов по производительности (в 2,2— 4,5 раза); при расстояниях транспортирования свыше 1,5 км рационально применение автомобильного транспорта в комплексе с экскаватором. Одновременно в различных условиях были определены элементы рабочего цикла скрепера, не зависящие от расстояния транспортирования (время погрузки, разгрузки и задержек) для самоходных скреперов Катерпиллер моделей 633D и 637, для которых также справедлива зависимость (5.1).
5.4. ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЛЕКСОВ МОБИЛЬНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ НА КАРЬЕРАХ
Мобильные комплексы широко используются на отечественных горнохимическнх предприятиях — объединениях «Фосфаты», «Фосфорит», «Эстонфосфорит», «Апатит», карьерах Чилпсай-ского рудника, Брянского фосзавода, Верхне-Камского рудника.
На Подмосковном ПО «Фосфаты» применяют мобильные комплексы, состоящие из бульдозерно-рыхлительных агрегатов тягового класса 25—30 мощностью 221—302 кВт, фронтальных погрузчиков с ковшами вместимостью 7,65 м3 и элеваторных скреперов с ковшами вместимостью 26 м3.
Производительность РБА фирмы «Фиат-Аллис» модели 31В мощностью 302 кВт при рыхлении грунтов составила 400— 1000 м3/ч.
Большой опыт эксплуатации элеваторных скреперов на предприятиях объединения доказал их эффективность. При дальности транспортирования породы около 1300 м производительность скрепера с ковшом вместимостью 26 м3 фирмы «Катерпиллер» модели 633D достигла 520—600 м3 в смену.
Значительный объем исследований по эксплуатации мобильных комплексов был проведен на карьерах Кингисеппского ПО «Фосфорит» и ПО «Эстонфосфорит».
154
Карьеры ПО «Фосфорит» отрабатывают слабонаклонную фосфоритовую залежь, представленную кварцевыми мелко- и среднезернистыми песками и песчаниками с включениями раковин и их обломков. Мощность пласта — 0,7 Ч- 5 м (средняя — 3 м). В рудном пласте встречаются монолитные линзообразные песчаники крепостью до 6 по шкале проф. М. М. Протодьяконо-ва. Принятая технология: выемка и отгрузка полезного ископаемого с помощью ЭКГ-4,6, рыхление пропластков средствами БВР (или РБА). В настоящее время по рекомендации ГИГХСа проектным институтом ВНИИГ составлен локальный проект перехода на разработку по новой технологии с использованием имеющихся на предприятии фронтальных погрузчиков типа Мичиган 475В и бульдозерно-рыхлительных агрегатов Катерпиллер D-9H.
В ходе экспериментальных работ было установлено, что при выемке полезного ископаемого из маломощных пластов погрузчик по производительности не уступает экскаватору ЭКГ-4,6 и, кроме этого, мобильно перемещаясь из забоя в забой, эффективней осуществляет внутрикарьерное усреднение руд. Он также выполняет гораздо более тщательную подчистку рудного пласта, что резко сокращает потери и разубоживание полезного ископаемого. За счет высокой мобильности погрузчиков после производства взрывных работ можно сразу приступать к выемке полезного ископаемого. По сравнению с карьерными мехлопа-тами погрузчики позволили повысить производительность труда в 1,5—2 раза и снизить себестоимость разработки горной массы на 25—40 %. Техническая производительность при выемке и погрузке руды в автосамосвалы БелАЗ-540 и БелАЗ-548 составила 650—800 т/ч, а при выемке и транспортировании горной массы на расстояние 450 м — 300 ~ 370 т/ч. Экономические показатели двух сравниваемых технологий приведены в табл. 5.6.
Таблица 5.6
Экономические показатели комплексов мобильного оборудования при различных технологиях разработки горных пород
Состав комплекса Удельные затраты, руб/т
эксплуатационные капитальные приведенные
Экскаватор ЭКГ-4,6 (бульдозер- 0,1289 0,1923 0,16
рыхлитель Катерпиллер D-9H) — подчистной бульдозер Т-180 — гидроэкскаватор ЭО-4321 Погрузчик Мичиган 475В — бульдозер-рыхлитель Катерпиллер D-9H — гидроэкскаватор ЭО-4321 0,0916 0,1417 0,1
Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения на предприятии новой технологии составил 314 тыс. руб.
155
Расчеты и опытно-промышленные эксперименты показывают, что мобильные комплексы, состоящие из фронтальных погрузчиков (с ковшами вместимостью 9,2 м3) и бульдозеров-рыхлителей Т-330 (мощностью 220 кВт), могут также эффективно эксплуатироваться на карьерах ПО «Эстонфосфорит».
На основании разработок ГИГХСа был выполнен технический проект безвзрывной отработки охранных зон на КПО «Фосфорит» (производительность 1,3 млн т руды в год). Такая технология позволяет снизить себестоимость добычи 1 т руды на 30—50 коп., увеличить рудную базу объединения (за счет сокращения охранной зоны) на 24 млн т, снизить расход ВВ примерно на 1100 т в год.
Расчеты и экспериментальные работы показали, что при использовании механического рыхлителя мощностью 368— 442 кВт на разработке полускальных пород вместо БВР обеспечивается годовая производительность по рыхлению 1,0— 1,2 млн м3, уменьшается расход ВВ на 500 т и достигается годовой экономический эффект 100—120 тыс. руб.
Комплексы мобильного оборудования на Чнлнсайском фосфоритном руднике применяются при производстве вскрышных и добычных работ с 1979 г. Породы вскрыши после механического рыхления с помощью рыхлителей HD-41B фирмы «Фиат-Аллис» и Д-94С (Т-330) отрабатываются на глубину 2,5—3 м скреперами Кат 637D.
Разработка залежей полезного ископаемого ведется также указанными рыхлителями с последующей отгрузкой разрыхленной и штабелируемой руды одноковшовыми фронтальными погрузчиками Мичиган 475В и Комацу WA-800 в автосамосвалы БелАЗ-540 и БелАЗ-548.
Основные технические показатели работы мобильных комплексов приведены в табл. 5.7.
В 1987 г. на Чилисайском фосруднике на карьерах № 2 и № 5 проводились испытания фронтального колесного погрузчика WA-800-1. В комплексе с погрузчиком работали рыхли-тельно-бульдозерные агрегаты HD-41B и Т-330, производившие рыхление и штабелирование фосфоритной руды.
Цель проводимых испытаний — определение основных эксплуатационных данных, а также показателей конструктивной надежности и ремонтопригодности при работе погрузчика в разнообразных условиях и на различных операциях для оценки соответствия его технического уровня условиям производства и решения в дальнейшем вопроса целесообразности приобретения данной машины для нужд Чилисайского рудника.
Задача проводимых испытаний — проверка работы погрузчика при выполнении операций:
погрузки фосруды из штабеля в автосамосвалы БелАЗ-540 и БелАЗ-548 грузоподъемностью соответственно 27 и 40 т;
разработки и перевозки руды из навала на расстояния 50, 100, 200, 300 и 400 м с загрузкой в те же средства транспорта;
Г* I©
Ф U1 S х
О,
S о S
S а. о «
ф е
s ©
’Ж CS
Ч
S
гг
s
X 3 S ф к (-® Л
г я
*
“ 3 5 ж ч » с 3 г» ° 2-
га а
х я
® СТ'
S X чэ з о s s S я S
156
157
разработки л выемки полезного ископаемого непосредственно из пласта при наличии фосплиты мощностью 15—30 см;
отгрузки фоспласта с плитой, разрыхленной бульдозером-рыхлителем Т-330;
разработки и отгрузки вскрышных пород (кампанских глин) в автосамосвалы БелАЗ-540 и БелАЗ-548;
перекидки вскрышных пород (кампанских глин) на минимальное расстояние 15—25 м.
Условия проводимых испытаний были в основном аналогичны описанным ранее. Погрузчик отгружал руду, разрыхленную механическим способом и сформированную в штабели высотой до 4 м. Подошва рабочей площадки была представлена песками, которые несколько затрудняли передвижение погрузчика и автосамосвалов. Коэффициент разрыхления руды составлял 1,3. При погрузке автосамосвалов применялись две схемы — V-образная и челноковая.
В погрузочно-транспортном режиме погрузчиком осуществлялись черпание руды из штабеля и перевозка ее на различные расстояния по грунтовой карьерной дороге без существенных уклонов. Коэффициент наполнения ковша при этом был преимущественно максимальным— 1,1 -4- 1,2.
Выемка полезного ископаемого непосредственно из пласта осложнялась в основном первоначальной врезкой ковша погрузчика в фосплиту, покрывающую пласт полезного ископаемого, мощность которой — от 15 до 35—40 см, состав — монолитный конгломерат фосфоросодержащих компонентов с коэффициентом крепости f = 6 -4- 8 по шкале М. М. Протодьяконова. При первоначальной врезке наполнение ковша погрузчика происходило на расстоянии 20—25 м. Коэффициент разрыхления породы при определении производительности погрузчика составил 1,5.
Разработка и отгрузка кампанских глин с коэффициентом разрыхления 1,4 производились в забое высотой 5—6 м (без предварительного рыхления) без видимых затруднений с хорошим коэффициентом заполнения ковша (1,1—1,2). Частично этому способствовало ровное основание фосфоритной плиты, на которой работал погрузчик.
Применение V-образной и Челноковой схем на данных видах работ дало практически идентичные результаты.
Замеры рабочего цикла погрузчика проводились с помощью хронометража (по элементам цикла) с занесением результатов в специальные, заранее составленные формы, обработка результатов велась с использованием аппарата математической статистики.
Были получены следующие результаты проведенных испытаний:
1. Погрузка автосамосвалов БелАЗ-540 и БелАЗ-548 проводилась обычно за два цикла. Наполнение кузова автосамосвала было максимальным, но при этом для полной загрузки авто
158
самосвала БелАЗ-540 требовалось 1,5 ковша, что нетехнологично. В обоих случаях при погрузке отмечались просыпи из кузовов автосамосвалов. Продолжительность среднего рабочего цикла погрузки составила 62 с, что соответствует средней технической производительности 440 м3/ч.
2. Работа погрузчика в режиме погрузочно-транспортного оборудования характеризовалась следующими усредненными показателями технической производительности:
Расстояние транспортирования, м......... 50 100 200 300 400
Техническая производительность погрузчика, м3/ч................................... 285 233 145 115 100
3. Разработка погрузчиком неразрыхленной фосплиты была затруднена вследствие ее крепости и монолитности, а также сравнительно малой мощности, что приводило к недостаточному заполнению ковша (/гн = 0,34) и снижению средней технической производительности до 209 м3/ч.
Однако при разработке погрузчиком не только фосплиты, но и всего пласта в целом (мощностью до 1 м) была получена значительно большая производительность — 384 м3/ч. Это доказывает возможность практического применения схемы отработки полезного ископаемого без привлечения других вспомогательных средств для рыхления и штабелирования фосруды.
4. При выемке полезного ископаемого непосредственно из фоспласта после предварительного его рыхления бульдозерно-рыхлительным агрегатом (при наличии фосплиты) и при отгрузке в автосамосвалы была зафиксирована производительность 438 м3/ч.
5. Производительность погрузчика при разработке и погрузке в автосамосвалы вскрышных пород, представленных в основном кампанскими глинами, составила 540 м3/ч (максимальная — 832 м3/ч), продолжительность среднего рабочего цикла — 48 с.
6. Перекидка вскрышных пород погрузчиком (при минимальном расстоянии 20—25 м) характеризовалась рабочим циклом продолжительностью 39,4 с, что соответствует средней технической производительности 885 м3/ч.
Показатели, полученные в процессе дальнейшей эксплуатации погрузчика WA-800-1 в составе названных ранее комплексов, представлены в табл. 5.8.
Проведенные исследования выявили довольно высокую надежность погрузчика в работе: число отказов при общей наработке погрузчика 1900 мото-ч — 34; коэффициент технической готовности k-r. г при средней наработке на отказ 55,9 мото-ч — 0,89.
За период испытаний суммарная выработка погрузчика составила 365 тыс. м3 (или 730 тыс. т), общая наработка— 1900 ч.
Число отработанных смен при одно--------двухсменной рабо-
те— 275 при средней наработке за смену — 6,9 ч, таким образом, сменная выработка достигла 2655 т, часовая — 384 т.
159
Суммарный расход дизельного топлива за период испытаний— 166 тыс. л. Исходя из этого, средний часовой расход топлива равен 87,4 л, расход топлива в расчете на 1 т выработанных объемов — 0,23 л. Суммарный расход масла за весь период испытаний составил 3098 л, расход масла в % к расходу топлива — 1,87 %.
Комплексы мобильного оборудования, состоящие из фронтальных погрузчиков и рыхлительно-бульдозерных агрегатов, успешно применяются на одном из золоторудных месторождений СССР.
Основные горно-геологические условия разрабатываемого месторождения, представляющего собой крупный, вытянутый в субширотном направлении штокверк: распределение орудене-нения неравномерное, строение очень сложное; рудовмещающие породы — метаморфизованные песчаники и алевролиты углистокварцевого состава; крепость руд и пород 7—15 по шкале проф. М. М. Протодьяконова, объемная плотность — 2,6 т/м3, коэффициент разрыхления— 1,5; трещиноватость пород крайне неравномерна и в основном приурочена к крупным тектоническим нарушениям.
Ввиду значительного разброса показателей крепости и трещиноватости массивов пород волновая характеристика их имеет значительные колебания: щ — 500 4-3000 м/с и более (vc— сейсмическая скороость волны в массиве).
Состав парка машин — несколько мощных рыхлительно-бульдозерных агрегатов Кат D-9G (впоследствии пополнен моделями D-9H и D-9L) и фронтальных погрузчиков Н-400С фирмы «Интернейшнл» (США).
Указанная техника применялась на карьере в основном на вскрышных, добычных работах*, а также работе на рудном складе и вспомогательных работах.
Технология разработки с использованием комплексов следующая: РБА после рыхления массивов штабелировал горную-массу в навалы, из которых она отгружалась фронтальными погрузчиками в автосамосвалы БелАЗ-548 грузоподъемностью 40 т.
При эксплуатации комплексов на вскрышных операциях были исследованы и оптимизированы основные технологические схемы и параметры разработок.
Процесс рыхления показал, что производительность рыхления в значительной степени зависит от схемы движения машин. Для рассматриваемых условий наиболее рациональными оказались схемы: с разворотом рыхлителя после окончания прохода с последующим рыхлением в противоположном направлении (продольно-кольцевая); с обратным холостым ходом продольно-поперечными смежными заездами (челноковая). Применение первой и второй схем было обусловлено длиной рыхлимого
* Более подробно рассмотрено в разделе селективных работ.
11 К. Н. Трубецкой и др. 16 Г
160
Рис. 5.9. График зависимости технической производительности QT рыхления от длины полигона La в легких СО и тяжелых (2) условиях разработки при смежных возвратно-поступательных (сплошные линии) и продольно-кольцевых (штриховые линии) заездах
Рис. 5.10. Параллельно-перекрестная схема механического рыхления массива: |
с и Ci—шаг рыхления
полигона. Так, например, было установлено, что схема с обратным холостым ходом рациональна при длине рыхлимого поли- [ гона только до 40 м (рис. 5.9).
Наряду с участками, хорошо поддающимися механическому рыхлению (щ = 1500-4-2000 м/с), встречались массивы пород и руд, обладающие значительной монолитностью и крепостью (щ 3000 м/с). В таких условиях снижается эффективность pa- / боты агрегата. D-9G и возникает необходимость в переходе на работу по усложненной схеме — параллельно-перекрестной, при которой рыхление одного и того же полигона производится про- ( дольными и поперечными резами (рис. 5.10).
В случаях чрезмерного затруднения механического рыхления была исследована схема работы агрегата D-9G, при которой рыхлимый массив подвергался предварительному воздействию БВР для получения дополнительной трещиноватости (рис. 5.11). (
Такая схема предусматривает расширенную сетку БВР (10 X X Ю м) и значительное снижение удельного расхода ВВ (0,15—0,2 кг/м3).
Таким образом, можно сделать следующий вывод: выбор технологической схемы рыхления зависит от волновых характеристик массива (табл. 5.9).
Исследования позволили выявить зависимости производи- , тельности РБА от основных параметров механического рыхления— волновой характеристики рыхлимых пород (рис. 5.12) и
Рис. 5.11. Схема механического рыхления массива после предварительного воздействия на него БВР для получения дополнительной трещиноватости
162
Рис. 5.12. График зависимости производительности Qa агрегата при рыхлении от скорости прохождения упругой волны цс
Рис. 5.13. График зависимости технической производительности QT агрегата при рыхлении (/) и бульдозировании (2) от длины /п разрабатываемого полигона
Таблица 5.9
Параметры для выбора технологической схемы рыхления массивов пород РБА
Характеристика массива Технологическая схема рыхления
геологическая волновая %, м/с
Трещиноватые сланцы, алевролиты Сланцы и алевролиты со слабой трещиноватостью (возможно, с частичным окварцеванием) Окварцованные сланцы и алевролиты 500—2000 >2500 > 2500 Ч- 3000 Продольно-кольцевая; челночная Параллельно-перекрестная Комбинированная (БВР + мехрыхлите-ли)
длины прохода рыхлителя (рис. 5.13), а также определить рациональные параметры разработки (м) в рассматриваемых условиях:
Длина рыхлимого полигона ..................................... 90—100
Ширина участка рыхления.................................... 30—40
Глубина рыхления........................................... . 1,0—1,3
Шаг рыхления (расстояние между бороздами)..................... 1,5
Оптимальное расстояние бульдозерования ............... . . 30—40
Фронтальные погрузчики в основном заняты на погрузке автосамосвалов БелАЗ-548 из навалов горной массы, образованных бульдозерами-рыхлителями. По данным исследований наиболее эффективна схема работы, при которой погрузка осуществляется с частичным разворотом погрузчика при его движении вперед к забою и отъезде к автосамосвалу, установленному под углом 30° к фронту забоя. При этом были получены
11*
163
Рис. 5.14. График зависимости технической производительности QT погрузчика Н-400С от расстояния транспортирования L горной массы при работе его:
1— на вскрышном участкепогрузка в автосамосвалы БелАЗ-548; 2—на складе руды—погрузка в ж/д думпкары
рациональные параметры разработки при использовании погрузчиков:
Высота разрабатываемого навала, м............ ................ 3
Расстояние передвижения по «рабочей петле» (в одну сторону), м 5—8
Скорость погрузчика, км/ч..................................... 4—6
Коэффициент наполнения ковша.............................. 1,0—1,1
а также зависимость производительности погрузчика от расстояния транспортирования горной массы и уклонов пути (рис. 5.14).
Границы эффективного применения погрузчика в качестве выемочно-транспортного оборудования определялись путем сопоставления технико-экономических показателей работы Н-400С и комплекса машин, состоящего из экскаватора ЭКГ-4,6, автосамосвалов БелАЗ-548 и подчпстного бульдозера. Было установлено, что оптимальным следует считать перемещение горной массы погрузчиком на расстояние до 400 м. Основные техникоэкономические показатели работы оборудования в условиях рассматриваемого карьера приведены в табл. 5.10.
Необходимо отметить, что фактические показатели работы рыхлителей и фронтальных погрузчиков (комплексов ФРП) оказались более низкими в основном из-за организационных факторов (отсутствия необходимого количества автотранспорта, излишней задолженности оборудования на вспомогательных работах, отсутствия специализированной ремонтной базы). Средние сменные производительности погрузчиков и рыхлителей не превысили соответственно 1500 и 1000 м3.
На технико-экономические показатели эксплуатации ФРП оказали влияние также отдельные конструктивные неполадки и простои в ожидании запасных частей. При общей, достаточно хорошей конструктивной надежности (коэффициенты технической готовности для Н-400С — 0,78, для D-9G — 0,86) наблюдались частый выход из строя гидронасосов погрузчиков и нарушения различных металлоконструкций рыхлителей.
Применение ФРП на очистных работах вызвало снижение производительности бульдозеров-рыхлителей (вследствие производства селекции) в среднем на 20 %, а при зачистке особо сложных по конфигурации рудных тел — на 50 %.
.164
Таблица 5.10
Расчетные технико-экоиомические показатели эксплуатации оборудования *
Показатели Экскаватор ЭКГ-4,6 Погрузчик Н-400С Оборудование БВР Бульдозер-рыхлитель D-9G
Производительность оборудования: 1500 1300
сменная, м3 годовая, тыс. м3 1800 900 2200 1100 1000 650 500
Стоимость оборудования, тыс. руб. 100,4 144 (СБШ-250МН) 116 133 0,115
Себестоимость работ, руб/м3 0,1 0,084 0,173 0,149 0,205 0,266 0,140 0,181
Удельные капитальные вложения, руб/м3 0,178 0,180 0,031
Удельные приведенные затраты, руб/м3 0,121 0,099 0,177
* За исходные показатели принимались фактические данные экспериментальных работ.
Примечание. В числителе приведены данные для средних условий разработки (t>c—1500 4- 2000 м/с), в знаменателе — для трудных (г'с /4 2500 м/с).
Число отказов узлов (% от общего числа) оборудования комплексов ФРП, возникающих в процессе работы
Машина Н-400С Бульдозер-рыхлитель D-9G
Узел машины:
двигатель . .... . . . 25 (14,4) 2 (1,4)
гидрооборудование 78 (44,8) 18 (12,6)
электрооборудование .... . . 14 (8,1) 21 (14,7)
кондиционеры 11 (6,3) 14 (9,8)
металлоконструкции . • ..... 46 (26,4) 88 (61,5)
Итого 174 (100) 143 (100)
В то же время данные сравнительного анализа показывают, что эксплуатация ФРП на определенных типах руд улучшает качество вынимаемого полезного ископаемого. При потерях руды, близких к нормативным, разубоживание ее было снижено на 6,8%, что позволило добывать руду с более высоким (на 6%) содержанием металла.
Высокая мобильность и маневренность погрузчиков обусловила эффективность использования их на рудном складе. На складе руды при загрузке с помощью Н-400С думпкаров типа ВС-105 (грузоподъемностью 100 т) производительность погрузчика была на 30 % выше, чем производительность экскаваторов ЭКГ-4,6. Кроме того, Н-400С по мере надобности осуществлял
165
подшихтовку богатой руды из штабелей, к которым не были подведены железнодорожные пути (расстояние до 80 м) (рис. 5.15).
Весьма перспективно применение ФРП для отстройки бортов в приконтурной зоне с целью снижения сейсмического воздействия взрывных работ на борт карьера и обеспечения тем самым сохранности его естественной структуры. Причем помимо прямого эффекта по эксплуатационным затратам значительно-снизятся расходы вследствие сокращения объемов капитальных работ, так как угол наклона борта карьера в погашении в результате применения новой технологии может быть увеличен на 5°. Наконец, рыхлители и погрузчики, применяемые на карьере, широко используются при проходке временных съездов, сооружении траншей, отсыпке дамб, сооружении дорог и др.
Расчеты показывают, что весьма эффективна эксплуатация данных комплексов техники на отработке небольших месторождений, расположенных рядом с основным месторождением. Сравнительно небольшие запасы и разбросанность рудных нолей при сложной морфологии рудных тел таких месторождений позволяет наилучшим образом использовать основные преимущества погрузчиков и рыхлителей (мобильность, маневренность, автономность и универсальность применения) по сравнению с традиционной техникой.
В заключение необходимо отметить, что внедрение бульдозеров-рыхлителей и фронтальных погрузчиков только на очистных работах дало экономический эффект свыше 500 тыс. руб. в год.
Одним! из самых крупных отечественных предприятий, использующих мобильные комплексы на открытых горных разработках, является ПО «Северовостокзолото».
Из общего парка мощной землеройной техники (бульдозеров-рыхлителей, скреперов, погрузчиков) наибольшая доля приходится на бульдозерную технику (89%). В 1985—1987 гг. объем работ с использованием бульдозеров составил более 70 % от общего объема на предприятиях ПО «Северовостокзолото».
Рыхлительно-бульдозерные агрегаты представлены в основном: отечественными машинами моделей ДЭТ-250, Т-330; зарубежными-— D-9G, D-9H, D-10 фирмы «Катерпиллер», 31В, 41В. фирмы «Фиат-Аллис», D-355A, D-455A фирмы «Комацу». Наибольшее распространение получили модели ДЭТ-250, 31В и D-9H. Значительную долю объемов работ бульдозерно-рыхли-тельные агрегаты разрабатывают в комплексе с мощными фронтальными погрузчиками, в основном, моделей Н-400С и Н-570 фирмы «Интернейшнл».
Разработки ведут в условиях сурового климата, вечной мерзлоты, разбросанности месторождений и сравнительно небольших объемов горных работ на объектах. Характерным является
166
Рнс. 5.15. Схема работы погрузчика Н-400С на складе руды:
/—экскаватор ЭКГ-4,6; 2— погрузчик Н-400С; 3—думпкар 2ВС-105; 4— автосамосвал БелАЗ-548; S— бульдозер Д-572
необходимость интенсификации горных работ в короткий (100— 200 дней) теплый период, когда происходит максимальное естественное оттаивание мерзлых пород. Разрабатываемые россыпи сложены рыхлыми четвертичными отложениями, галечно-щебенистым материалом, сцементированным глиной, песком, илом или льдом. Встречаются мерзлые крупноблочные породы и валуны. Талые породы относятся к I—V категориям крепости по единой классификации ЦБПНТ, мерзлые — к VI—IX категориям. Плотность пород— 1,8 4-2,3 т/м3, влажность— 10 4-20 %, временное сопротивление разрушению—14-8 МПа (в мерзлом состоянии — до 16 МПа).
Учитывая эти особенности, а также многолетний опыт эксплуатации различных типов машин, пришли к выводу, что наиболее эффективным является использование прежде всего комплексов мобильного оборудования. При этом сложилась определенная организация работ: в период с октября — ноября по апрель — май мерзлые породы подготавливают к выемке буровзрывным способом, в остальное время ведется послойная разработка пород по мере их естественного оттаивания. Затем, как правило, сформированные навалы пород отгружаются погрузчиками в средства транспорта.
В последнее время благодаря все более широкому внедрению водно-теплового способа подготовки полигона погрузчики иногда применяют на прямой экскавации оттаянных пород.. Например, производительность погрузчика Н-570 на прямой экскавации предварительно оттаянных целиковых пород вскрыши месторождения рудника Бургали Берелехского ГОКа достигла 235 м3/ч.
Аналогичные работы проводились на месторождении рудника Дегдекан Тенькинского ГОКа. Прямая разработка талых пород II—III категорий велась в период с июля по сентябрь в забое высотой более 3 м. При хорошем наполнении ковша продолжительность рабочего цикла погрузчика составила около 40 с, что соответствует его технической производительности 500 м3/ч. Эксплуатационная производительность погрузчика достигла 243 м3/ч.
Высокое вырывное усилие, обеспечиваемое погрузчиком Н-400С, позволило использовать его также на разработке промерзших гравийно-галечных отложений влажностью 3,5—4 %. Работа производилась на полигоне драги 174 Тенькинского ГОКа в октябре — ноябре при температуре минус 10—15°С. Высота забоя составляла около 3 м. Была достигнута максимальная техническая производительность 286 м3/ч.
По данным Сусуманского ГОКа, максимальная производительность погрузчика Н-570, разрабатывавшего взорванные породы в декабре-—феврале, составила 200—230 м3/ч.
Так как усилия черпания применяемых в объединении фронтальных погрузчиков недостаточно для черпания пород без.
168
предварительной подготовки, ими в основном осуществляется отгрузка промежуточных навалов, образованных рыхлительно-бульдозерными агрегатами.
Например, один из приисков Берелехского ГОКа, первым получивший фронтальный погрузчик Н-400С, сначала стал использовать его как самостоятельную выемочно-погрузочную машину на вскрытии торфов. При этом, несмотря на неоднократные попытки, не удалось избежать выклинивания забоя вверх. Использование погрузчика в комплексе с РБА модели D-9H позволило резко повысить эффективность разработок. В дальнейшем комплекс работал по следующей технологии. Подготовка горной массы к выемке в зимних условиях осуществлялась буровзрывным способом, в летних — дренажно-фильтрационным способом оттайки. Оптимальные форма и высота забоя обеспечивались РБА модели D-9H путем предварительной переработки взорванного массива — окучиванием оттаявшего слоя торфов с выкладкой их в штабель высотой 3—4 м. Работа погрузчика в этих условиях характеризовалась высоким коэффициентом наполнения ковша и загрузкой автосамосвала БелАЗ-540 в два рабочих цикла. Среднесуточная производительность достигла 4584 м3 (1045,3 тыс. м3 в год).
Необходимо отметить, что среднесуточная производительность погрузчика имела большие колебания и находилась в прямой зависимости от числа автосамосвалов под погрузкой. Максимальное обеспечение погрузчика откаточными средствами позволило довести производительность погрузчика до 6— 6,5 тыс. м3 (до 1300—1500 тыс. м3 в год).
Об эксплуатационных показателях работы РБА в рассматриваемых условиях можно судить по следующим данным. При работе РБА модели 31В фирмы «Фиат-Аллис» на Берелехском ГОКе на рыхлении многолетнемерзлых илисто-глинистых отложений при температуре массива •—8...—12 °C была достигнута производительность 162 м3/ч. Рыхление выполняли блоками 60 X 80 м по схеме с продольно-кольцевыми заездами и при следующих параметрах: глубина рыхления /гр = 0,4 м, шаг рыхления L — 0,5 м. По результатам маркшейдерской съемки производительность составила 334 м3/ч.
Испытания РБА модели D-9L фирмы «Фиат-Аллис» показали, что его техническая производительность на рыхлении мерзлых аркозовых песчаников с глинистыми сланцами составила 237 м3/ч. Были получены следующие параметры рыхления по возвратно-поступательной схеме на блоке 80X 120 м: hP = = 0,28 м, L = 1 м.
Другие эксплуатационные показатели отечественных и зарубежных РБА, полученные в процессе работы их в условиях различных карьеров, приведены в табл. 5.11—5.14.
169
Таблица 5.11
Эксплуатационные показатели РБА при рыхлении пород
Тип РБА Характеристика разрабатываемых пород (категория крепости по классификации ЦБПНТ) Параметры процесса рыхления Техническая производительность РБА, мл/ч
Площадь, м2 Объем, мч Глубина слоя, м Про-дол-жи-тель-ность, ч
HD-41B (с тремя стойками) Выветрелые грубослоистые известняки с трещинами, заполненными глиной (V—VII) 3880 1550 0,4 0,793 1960
D-9G HD-41B: Трещиноватые доломи-тизированные известняки (VII—VIII) 1760 615 0,35 0,93 660
с двумя стойками То же 990 171 0,173 0,345 495
с одной стойкой Слабовыветрелые до-ломитпзнровапные и битуминизированные известняки (VIII—X) 340 37 0,11 0,18 206
Таблица 5.12
Эксплуатационные показатели РБА при рыхлении в условиях прииска «Ударник» ПО «Северовостокзолото»
Тип РБА Характеристи ка разрабатываемых пород (категория крепости по классификации ЦБПНТ) Параметры процесса рыхления Техническая производительность РБА, мч/ч
Площадь, м2 Объем породы, убранной после рыхления, м8 Продолжительность, с
Д-455А-1 Г алечно-щебенистые породы в талом состоянии (IV) 1580 5,22 302,7*
Илисто-глинистые отложения в талом состоянии (III—IV) 4800 4200 12,57 334
Д-355А-3 То же 6960 2960 12,92 226
* Ранее взорванные слежавшиеся породы.
170
Таблица 5.13
Эксплуатационные показатели РБА модели 31В фирмы «Фиат-Аллис» (США) при рыхлении пород в условиях Берелехского ГОКа
Показатели Характеристика разрабатываемых нород (категория крепости по классификации ЦБПНТ)
Галечно-щебенистые в талом состоянии (IV) Песчано-глинистые Илисто-глинистые в талом состоянии (III —IV)
Размеры блока, м 50X30 40 ХЗО
'Средний шаг рыхления, м 1,2 1,15 1,2; 1,3
Длина реза, м 50 40
Рабочая скорость, м/с 0,088 0,066 0,125; 0,127
Глубина рыхления, м 0,4 0,57 0,49; 0,53
Коэффициент использования глубины рыхления 0, 78 0,6; 0,52
Объем пород, подготовленных рыхлением, м3 470 486 360; 336
Продолжительность рыхления, мин 237 240 136; 122
Производительность, м3/ч 118,9 121,5 158,4; 165
171
Таблица 5.14
Техническая производительность РБА при бульдозеровании в условиях предприятий ПО «Северовостокзолото»,
2
5.5. СЕЛЕКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ СЛОЖНОГО СТРОЕНИЯ
Мобильность, маневренность, автономность, независимость показателей работы от типа и параметров забоя определяют эффективность РБА и погрузчиков при селективной выемке и внутрикарьерном усреднении полезного ископаемого. Послойная безвзрывная технология выемки полезного ископаемого бульдо-зерно-рыхлительиым агрегатом также обусловливает высокие показатели селективной добычи. Таким образом, применение в карьерах указанных мобильных машин позволяет организовать выемочно-погрузочные работы и внутрикарьерное управление качеством по принципу гибких производственных систем.
В настоящее время опыт применения таких систем имеется на отечественных и зарубежных карьерах.
Например, одноковшовые погрузчики, используемые на месторождении медно-свинцово-цинково-серебряных руд Кинд Крик (Канада), хорошо удовлетворяют условиям селективной выемки и отгрузки руды по сортам. Карьер после удаления 4,6 млн т вскрышных пород был сдан в эксплуатацию с суточной производительностью по руде 12 тыс. т. В связи с наличием различных типов руд и неравномерным распределением металлов на данном карьере производится селективная выемка руды по сортам с последующим усреднением содержания руды. После взрывных работ руда грузится механическими лопатами и колесными погрузчиками Дарт 600 (вместимость ковша—10,6 м3, производительность — 450 т/ч) и Катерпиллер 988 (то же, соответственно 4,6 м3 и 250 т/ч).
Месторождение Гайнаш (Ирландия) состоит из двух обособленных залежей, сложенных окисленными и неокисленными сульфидными рудами. Вследствие неравномерности распределения металлов в рудах в процессе добычи осуществляется тщательный контроль за их содержанием. Руда разрабатывается селективно продольными забоями при высоте уступов 6 м. Погрузка руды по сортам производится в основном погрузчиками Юклид и мехлопатами с транспортированием ее автосамосвалами на обогатительную фабрику.
На карьере Глория (Испания) рыхление плотных пород вскрыши производилось бульдозерами-рыхлителями Катерпиллер D-9, снабженными однозубым рыхлителем. Селективная выемка руды ведется механическими лопатами и погрузчиками Катерпиллер 955 на гусеничном ходу.
Южно-Африканская компания «Консолидейтид диамонд М» производит добычу алмазов в устье р. Оранжевая. После удаления песчаной вскрыши руда с целью максимального сокращения ее потерь разрабатывается РБА и собирается в навалы, из которых ковшовыми погрузчиками Кат 988 грузится в 32-тон-ные автосамосвалы Каперпиллер 769.
172
173
На одном из угольных карьеров в США с годовым объемом добычи рядового угля 2 млн т при мощности разрабатываемого пласта 60 см с целью максимального снижения потерь и разубоживания полезного ископаемого при добыче подготовка угля к погрузке производится РБА. Разрыхленный уголь грузится фронтальными погрузчиками (частично дизель-электрическими экскаваторами) в автосамосвалы грузоподъемностью 120 т.
Угольные разработки Севанн (Франция) эксплуатируют два месторождения энергетических углей Хераулт гард, представленных неоднородными по строению угольными пластами с углом падения до 45° и мощностью от 2 до 6 м. В зависимости от мощности и числа породных прослойков выемку угля производят как валовым, так и селективным способом. В числе основного горно-транспортного оборудования применяют комплексы мобильного оборудования: одноковшовые погрузчики типа Кат моделей 988 и 922 с ковшами вместимостью 5 м3 (для разработки пород) и 2 м3 (для выемки угля). В качестве рых-лительных средств наряду с БВР используют рыхлительно-буль-дозерные агрегаты Кат D9L (мощностью 380 кВт) и Комацу 455 (мощностью 456 кВт). Средства транспорта — автосамосвалы грузоподъемностью 50 т.
Эксплуатируемое карьером Соникар (Нигер) месторождение представлено линзовидными угольными пластами мощностью от 1 до 8 м, залегающими под толщей чередующихся слоев песчаника и глины общей мощностью 25 м. Отработка скальной вскрыши ведется уступами высотой до 15 м с предварительным рыхлением буровзрывным способом. Отбитая порода грузится колесными погрузчиками Кат 988 с ковшами вместимостью 5,5 м3 в автосамосвалы Кат 769 грузоподъемностью 32 т. На участках вскрыши со слабопрочными породами применяется бульдозер-рыхлитель Кат D-9H мощностью 300 кВт. Добычные работы ведутся горизонтальными, селективно отрабатываемыми слоями, с предварительным опробованием качества вскрываемого угля. Послойное рыхление на глубину от 0,5 до 1 м и окучивание угля производят двумя бульдозерами-рыхлителями Кат D8K мощностью 225 кВт каждый. Погрузочно-транспортные операции по добыче угля осуществляют тем же оборудованием, что и на вскрыше. Общее количество карьерных погрузчиков Кат 988В — 5, автосамосвалов Кат 769— 10. В 1985 г. добыча угля на карьере составила 158,7 тыс. т при объеме пустых пород 1 млн м3. Численность персонала 145 человек.
С целью повышения чистоты выемки полезного ископаемого на целом ряде американских угольных карьеров в Аппалачском бассейне колесные погрузчики используются при производстве добычных работ.
На карьере Кирдорф (Австралия) добывают 400 тыс. т кондиционного известняка в год. Известняк невыдержанного содержания со значительными колебаниями полезных и вредных компонентов. Для обеспечения максимальной чистоты выемки
174
и усреднения качества полезного ископаемого применяется фронтальный колесный погрузчик с ковшом вместимостью 3 м3. Из двух забоев с различными качественными характеристиками полезного ископаемого, расстояние между которыми 100—150 м, материал в определенных количествах подается в передвижную дробильную установку для обеспечения требуемого усреднения. Производительность погрузчика — 450 4- 480 т/ч.
Эксплуатируемые урановые месторождения Арлетте и Ари-эйдж (Нигер) представлены толщей ураносодержащих глин и песчаников мощностью от 15 до 35 м, залегающих почти горизонтально на глубине от 35 до 70—80 м. Разработка вскрышных пород, состоящих преимущественно из крепких песчаников, ведется тремя уступами высотой от 12 до 20 м с применением БВР. Отгрузка отбитой породы производится семью погрузчиками Кат 992С с ковшами вместимостью 10 м3 и производительностью 680 т/ч в 14 автосамосвалов Вабко грузоподъемностью 80 т и производительностью 330 т/ч каждый. В процессе селективной добычи с помощью 12 бульдозеров Кат D-9H, оснащенных радиометрическими счетчиками, производят раздельное штабелирование руд разных сортов и пустых пород. Производительность РБА на этой операции составляет 500 т/ч. Отгрузка руды в 13 автосамосвалов грузоподъемностью 45 т осуществляется пятью одноковшовыми погрузчиками Кат 988 с ковшами вместимостью 5,4 м3 и производительностью 410 т/ч.
На отечественных добывающих предприятиях использование мобильной техники на селективных разработках находит все более широкое распространение.
В 1973—1974 гг. в практике разработки Куранахского рудного поля, состоящего из золоторудных тел малой мощности, сложной конфигурации и неравномерного оруденения, были применены комплексы мобильного оборудования, состоящие из рыхлителей Катерпиллер D9G и фронтальных гусеничных погрузчиков Катерпиллер 977К. Месторождение содержит несколько рудных тел, имеющих неправильную форму, преимущественно меридионального направления. Ширина залежей колеблется от 20 до 280 м. Руда находится преимущественно на глубине не более 28—30 м. Вмещающие породы — доломитизиро-ванные известняки и обломочно-карстовые глинистые отложения. Месторождение относится к гидротермально-метасоматическому типу. Рудные тела образованы на контакте юрских и кембрийских пород, небольшой и резко колеблющейся мощности (0,5—5 м), сильно разрушенные и закарстованные, преимущественно с нарушенным коренным залеганием. Местами они приурочены к кварцево-лимонитовым, кварцево-гематитовым и и кварцево-пиритовым, иногда метасоматическим, кварцитам. Коэффициент крепости пород и руд (при значительной трещиноватости) не превышает 4 по шкале проф. М. М. Протодья-конова. Годовой объем горных работ на предприятий— 1700 4-4- 1800 тыс. м3 (в том числе 750 тыс. м3 руды). 40—50 % горной
175
массы разрабатывается с помощью механических лопат без применения БВР.
В условиях рудных тел малой мощности и чрезвычайно сложного строения (и конфигурации) использование БВР и традиционной выемочно-погрузочной техники (экскаватора ЭКГ-4,6) приводило к чрезвычайному удорожанию себестоимости разработки и низкому качеству выемки полезного ископаемого. Например, затраты на БВР составляли до 50 % от общих затрат разработки 1 м3 руды, разубоживание при экскаваторной выемке превышало 20 Не-
применение бульдозеров-рыхлителей и фронтальных погрузчиков в условиях Куранахского карьера позволило:
качественно производить вскрышные работы непосредственно на контактах пустых пород с рудой;
вести доработку рудных участков в бортах карьера, выклинивающихся на флангах. Добыча с применением БВР привела бы к полной потере таких участков руды ввиду недопустимо большого разубоживания полезного ископаемого. Особенно много такой руды прежде было оставлено в бортах карьеров № 1 и № 2;
производить отработку маломощных лентовидных рудных тел с сильно изменяющейся гипсометрией рудных залежей по простиранию и вкрест простирания. В связи с отсутствием эффективной технологии ранее готовые к выемке запасы месторождения «Бокового» в течение десяти лет находились в категории пассивных запасов;
разрабатывать небольшие рудные тела, некондиционные по наличию заключенных в них запасов руды, которые нерентабельно отрабатывать с помощью экскаваторов. К ним относятся рудные тела №№ 12—18 месторождения «Центральное», а также забалансовые небольшие месторождения «Южное» и «Новое», залежь «Якутская» и др.;
значительно снизить разубоживание и потери руды в результате лучшей селективной выемки и сортировки пустой породы по сравнению с экскаваторной погрузкой;
снизить эксплуатационные затраты на добычу 1 т руды.
Детальный анализ оставшихся запасов на месторождении Куранахского рудного поля позволил установить, что с помощью новой технологии можно добыть не менее 20 % всей руды. При этом практика работ показала значительное улучшение качества добываемой руды. Например, на месторождении «Боковое» разубоживание руды при экскаваторной добыче составляло 19,8 %, а при использовании бульдозеров-рыхлителей и погрузчиков — всего лишь 6,1 %, т. е. сократилось более чем в три раза.
Суточная производительность данного мобильного оборудования комплекса при трехсменной работе составила: для погрузчика — 1500 м3, для бульдозера-рыхлителя — 900 4-
4- 1000 м3.
176
По данным института Иргиредмет производительность комплекса достигала 700—800 м3 в смену при себестоимости 0,15 руб/м3, что более чем в три раза меньше себестоимости выемочно-погрузочных работ экскаватора.
Вследствие уменьшения приведенных затрат, экономии от снижения потерь и разубоживания руды, а также от улучшения переработки руды на обогатительной фабрике экономическая эффективность применения комплексов мобильного оборудования по расчетам предприятия составила 679 тыс. руб. в год.
Группе полиметаллических месторождений Восточной Сибири присуще наличие разнообразных сочетаний промышленных сортов руд (бедных, рядовых, богатых) с забалансовыми рудами и пустыми породами. Одно из этих месторождений характеризуется широким диапазоном прочностных свойств пород— f — 14-14 (по шкале проф. М. М. Протодьяконова), что предопределяет возможность применения следующих средств подготовки их к выемке: взрывное дробление — 70 4-75 % всего объема; механическое рыхление с помощью рыхлителей мощностью 300 кВт-— 10 4- 12 %.
Остальной объем горной массы можно вынимать экскаваторами типа ЭКГ-4,6 непосредственно из массива.
В процессе разработки упомянутого месторождения остро встал вопрос селективной разработки. Главную роль в разрешении его сыграло оснащение карьера мощными бульдозерами и погрузчиками. Как показала практика разработок этого месторождения, автономные приводы применяемой мобильной техники резко расширили возможности оперативного управления процессом формирования ру-допотока, что положительно сказалось на усреднении качества добываемых руд. Разубоживание руды в годовом объеме переработки было снижено в 1976 г. на 1,9%, в 1977 —на 2,1 % и в 1978 г, —на 0,7%, что позволило получить годовой экономический эффект соответственно 430, 325 и 147 тыс. руб.
В широких масштабах селективная разработка руд осуществлялась на одном из крупнейших отечественных золоторудных карьеров, располагающем до 20 единиц мобильного оборудования. Особенность рассматриваемого месторождения— сложность залегания полезного ископаемого, разнообразие физико-механических свойств разрабатываемых пород и руд, наличие значительной трещиноватости и тектонических нарушений. Краткая геологическая характеристика разрабатываемых пород и руд следующая:
рудовмещающие породы — интенсивно-метаморфизованные песчаники и алевролиты углисто-кварцевого состава, / — 7 4-15 (по шкале проф. М. М. Протодьяконова);
оруденение — штокверк неравномерного распределения, сложного строения. В пределах выделяемых частей рудных залежей распределение участков промышленного оруденения также очень неравномерное. Наблюдается частая перемежаемость балансе-
12 К- Н. Трубецкой и др.
177
вых руд с некондиционными. Плотность — 2,6 т/м3, коэффициент разрыхления — 1,5.
Разработка велась комплексами, состоящими из фронтальных погрузчиков с ковшами вместимостью 7,65 м3 и РБА мощностью 283 кВт. Рудные блоки отрабатывались последовательно двухметровыми слоями. При этом применялись три технологические схемы отработки:
1. Последовательно-сортовое буртование (65—70 % всего объема), для которого характерна зачистка рудных участков по одному-—трем (иногда четырем) рудным контактам и буртование руды на освободившуюся площадь (рис. 5.16,а). Вход (зарезка) в руду производится как с кровли, так и с почвы отрабатываемого слоя.
2. Островная зачистка (25—30 %) всего объема осуществляется путем первоначального буртования забалансовых руд и породы вокруг рудного участка (рис. 5.16,6).
3. С опережающей траншеей (3—5%), когда в отрабатываемом слое первоначально вынимаются участки балансовых руд (рис. 5.16,в).
Механическое рыхление блока проводилось, как правило, возвратно-поступательными движениями бульдозера-рыхлителя. Длина участка рыхления и бульдозерования не превышала 40—50 м.
При затруднении механического рыхления блока, если vc — = 1800 4-2000 м/с (скорость сейсмической волны в массиве определялась с помощью сейсмоакустической установки ОСУ-2м) применялась перекрестная схема рыхления.
При слабой трещиноватости массива и наличии значительных включений кварца (vc = 2500 м/с) применялась схема, при которой рыхлимый массив подвергался воздействию БВР (по разреженной сетке, при малом удельном расходе ВВ) для получения дополнительной трещиноватости, вследствие чего производительность рыхления увеличилась в 2—3 раза.
В экспериментальных условиях была рассмотрена схема, при которой механическое рыхление осуществлялось двумя рыхлителями в сцепке («тандем»). Благодаря данной схеме можно обеспечить (по сравнению с рыхлением бульдозером) снижение стоимости подготовки 1 м3 горной массы в три раза. Но отсутствие буферных и синхронизирующих устройств, необходимых при работе рыхлителей «тандемом», не позволило применять эту схему в широком масштабе.
Проводимые исследования показали, что вследствие необходимости выемки рудных тел по сложным контурам и строгого соблюдения отметки подошвы каждого отрабатываемого слоя производительность бульдозеров-рыхлителей значительно снижается— на 20—40 % или на 800—1000 м3 в смену по сравнению с 1300 м3 при разработке пород вскрыши. Однако с улучшением качества вынимаемого дорогостоящего полезного ископаемого данные потери являются незначительными.
178
a
Рис. 5.16. Схемы отработки рудных залежей:
&— посортовая; б — островная; в—с опережающей траншеей; 1 бульдозер-рыхлитель 2 — погрузчик; 3 — автосамосвал
12*
Оценка полноты и качества извлечения запасов из недр с использованием комплексов мобильного оборудования производилась путем сравнения показателей применяемой на месторождении технологической схемы добычных работ — уступное взрывание с сохранением геологической структуры массива или экскаваторная выемка руды широкой заходкой по выставленным ориентирам.
При технологической схеме добычных работ с использованием комплексов (послойном рыхлении с посортным штабелированием и погрузкой руды и пород в автосамосвалы) необходимы уменьшение интервала отбора проб из эксплуатационноразведочных скважин от 5—7,5 м (высоты уступа, подуступа) до 2 м (высоты слоя), а также послойный подсчет погашаемых запасов балансовых руд. В результате уточнились контуры балансовых руд, повысилось на 6—10% содержание металла в них и соответственно уменьшилось количество РУДЫ.
При сравнении с уступным (подуступным) подсчетом запасов содержание металла в них не изменилось, однако уточнение контуров руды способствовало некоторому снижению потерь и разубоживания.
Фактические показатели потерь и разубоживания при выемке руды на опытных участках с использованием комплексов определяли прямым методом, для чего систематически проводили: зарисовки с фиксированием границ выемки на сортовых планах слоев; определение высотных отметок кровли и почвы слоев; опробование выделяемых сортов руд.
Было установлено, что источники потерь и разубоживания при выемке руды с использованием комплексов (рис. 5.17) могут быть:
в приконтурных зонах из-за несовпадения границ выемки руды с рудным контуром;
в почве, на участках несовпадения руды и вмещающих пород в смежных слоях;
в откосах слоя, при буртовании руды (просыпи при погрузке, транспортировании и другие называемое прочими потерями и разубоживанием).
Оказалось, что более половины общих потерь руды и примешивание к руде разубоживающих пород происходят в прикон-турной зоне в процессе выемки и зависят от сложности конфигурации рудного контура. Остальные виды потерь и разубоживания незначительны и имеют подчиненное значение.
Оценка эффективности выемки руды с использованием комплексов мобильного оборудования производилась сопоставлением полученных результатов с показателями отработки этих же участков экскаватором ЭКГ-4,6. Расчеты показали, что показатели потерь и разубоживания при выемке руды комплексами ниже, особенно по разубоживанию (11 % вместо 15 % при выемке руды экскаватором ЭКГ-4,6), что повышает содер-
180
а
Рудный, контур ------Контур выемки. |« /| Руда.
Рис. 5.17. Источники потерь и разубоживания руды при выемке ее рыхлителями и погрузчиками:
а — в приконтурной зоне; б — в почве слоев; в — в откосах слоев
Потери
Разубоживание
жание металла в добытой руде на 40 %. Потери руды при этом сократились на 0,5 %.
Однако необходимо учесть, что использование указанных комплексов на добычных работах в условиях месторождения проводилось впервые. При правильном подборе участков и совершенствовании технологических операций показатели добычных работ с использованием данного оборудования могут быть значительно улучшены.
Таким образом, положительный эффект от применения комплексов мобильного оборудования на рудных участках получен
181
в основном за счет снижения контурных потерь и разубоживания руд. Кроме этого имеются другие факторы, сравнительно трудно поддающиеся учету, но обеспечивающие дополнительную эффективность комплексов мобильного оборудования. К ним •относятся: возможность отработки с хорошими показателями мелких рудных тел, которые при экскаваторной выемке из-за чрезмерного разубоживания превращаются в забалансовые руды; уменьшение степени перемешивания руды с вмещающими породами благодаря большей сохранности структуры разрабатываемого массива.
Экономический эффект от применения новой технологии •с использованием комплексов мобильного оборудования на добычных участках карьера составил 300 тыс. руб. в год.
На горнохимических предприятиях с помощью комплексов мобильного оборудования производится селективная выемка тонких пластов фосфоритосодержащих руд.
Например, комплексы мобильного оборудования используются при разработке месторождений Маарду ПО «Эстонфос-форит». Полезное ископаемое представлено оболовым конгломератом, обогащенным фосфатизированными раковинами, залегающими в виде горизонтальных линз различных размеров мощностью от 0,2 до 1,6 м с коэффициентом крепости 1—4 по шкале проф. М.. М. Протодьяконова. Рыхление руды проводилось в основном по схеме параллельных резов с разворотом рыхлителя (табл. 5.15).
Таблица 5.15
Показатели работы рыхлителей при рыхлении параллельными резами с разворотом
Тип рыхлителя Расстояние рыхления, м Средняя производительность, М3/ч Параметры рыхления
Шаг, м Глубина, м Продолжительность, с
ДЗ-94С 10 250 0,9 0,71 82
20 390 1 0,78 103
30 540 1,1 113
41В 40 625 0,8 132
50 700 0,69 143
Перед отгрузкой в автотранспорт из разрыхленной руды агрегатом ДЗ-94С (на базе тягача Т-330) формировались навалы высотой до 3 м. Бульдозерование производилось на расстоянии 15, 30 и 50 м. Результаты работы агрегата ДЗ-94С приведены в табл. 5.16.
В 1986 г. был проведен цикл исследований с целью выявления влияния безвзрывной технологии и применения комплексов РБА модели ДЗ-94С и ФП модели L-34 (производство ПНР)
182
Таблица 5.16
Показатели работы агрегата ДЗ-94С при бульдозеровании руды
Показатели Расстояние бульдозеровании, м
15 30 50
Производительность, м3/ч Время бульдозеровании, с: 408 196 114
на рабочем ходу 28 64 116
па холостом ходу 23 40 66
Продолжительность рабочего цикла, с Объем призмы волочения, м3 51 106 9 182
в условиях карьеров ПО «Эстонфосфорит» на качественные показатели извлекаемой фосфоритной руды.
Применяемая технология (использование БВР и мехлопат типа ЭКГ-4,6) для разработки маломощного пласта фосфоритов в условиях данного месторождения имеет ряд существенных недостатков, главный из которых — высокий процент потерь и разубоживания полезного ископаемого (последний составляет более 25 %). Это происходит в основном из-за перемешивания полезного ископаемого с вмещающими породами на границе контакта их в результате взрывных работ.
Безвзрывная технология ликвидирует этот недостаток и способствует повышению качества извлекаемой руды.
Исследования проводились в летний период на участках I—III Маардуского фосфоритового месторождения. Рыхление производилось по обычным схемам: параллельной с обратным холостым ходом; параллельной с разворотом; параллельно-перекрестной.
Перед отгрузкой в автотранспорт из разрыхленной руды агрегатом ДЗ-94С формировались навалы высотой до 3 м. Руда из навалов фронтальным колесным погрузчиком L-34 с ковшом вместимостью 3,5 м3 отгружалась в автосамосвалы БелАЗ-548 грузоподъемностью 40 т. Средняя техническая производительность погрузчика на этих работах составляла 125— 180 м3/ч.
Штабели подвергались соответствующему опробованию. После отработки блока № 1 были проведены маркшейдерская съемка почвы участка, а также опробование его торцовой и фронтальной частей. После маркшейдерской съемки кровли блока № 2 проводили смешанное параллельно-перекрестное рыхление фоспласта, необходимое для ликвидации неразрых-ленных участков размером 1,7—2 м на флангах блока, образовывающихся при продольном рыхлении.
После рыхления блок № 2 был разбит на два равноценных участка: с первого руду послойно бульдозеровали в навал, расположенный на почве блока № 1, со второго — на почву первого
183
участка. Высота навала — около 3 м. В навале со стороны отвальной части предварительно провели траншею для стока воды.
В соответствии с разработанной рабочей программой экспериментальный участок длиной около 100 м и шириной 35 м был разделен на два равноценных блока. Блок № 1 отрабатывался по традиционной технологии: бурение скважин по сетке 3X3 м станками СВБ-2М; взрывание; погрузка ЭКГ-4,6; вывоз автосамосвалами БелАЗ-548. Блок № 2 отрабатывался с использованием безвзрывной технологии: рыхление массива агрегатом ДЗ-94С, штабелирование руды; погрузка погрузчиком и, частично, экскаватором ЭКГ-4,6; транспортирование автосамосвалом БелАЗ-548. Перед отработкой блока № 1 были произведены маркшейдерские замеры кровли блока и опробование забоя с замерами мощности пласта фосруды. В процессе отработки блока было вывезено 2900 т руды. Руда из навала отгружалась погрузчиком L-34 в автосамосвалы БелАЗ-548, а затем вывозилась и складировалась в отдельный штабель на усреднительном складе. После формирования штабеля были пройдены шурфы и взяты пробы. Одновременно производились маркшейдерская съемка почвы блока № 2 и отбор проб.
По результатам проведенного опробования была определена качественная характеристика руд в недрах и на усреднительном складе (табл. 5.17).
Таблица 5.17
Качественные характеристики руд в недрах карьера (К) и на усреднительном складе (С)
№ пробы Мощность пласта, м Содержание Р2О5» %
Блок № 1 Блок № 2 к С
1 0,68 8,8/— 8,6/7,6
2 0,73 •—• 12,4/— 7,8/7,6
3 0,76 _— 12,1/- 8,7/8,4
4 0,64 — 12,1/- 8,3/6,3
5 0,70 — 11,05/- 8,2/7,0
6 0,78 — 12,4/— 8,2/7,6
7 0,65 13,4/13,4 9,7/7,9
8 0,84 10,9/10,9 —/7,9
9 0,72 13,5/13,5 —/8,4
10 0,94 0,84 12,7/12,7 —.
11 -—• 0,74 —/8,6 —•
12 — 0,69 -/11,17 —
13 — 0,77 -/7,5 —
14 — 0,74 -/12,6 —
15 — 0,73 -/11,2 •—•
Среднее 0,71 11,8/11,12 8,5/7,67
значение
Примечание. В числителе приведены данные для блока № 1 (руда в недрах) или штабеля № 1 (руда на складе), в знаменателе — соответственно пля блока № 2 или штабеля № 2.
184
Как показали расчеты, относительные потери качества полезного ископаемого по блокам № 1 и № 2 составляют соответственно 28 и 31 %, т. е. применение новой технологии выемки сокращает потери полезного ископаемого на 3 % по сравнению-с традиционной. С приобретением опыта отработки подобного месторождения с использованием новой технологии этот показатель может быть значительно улучшен.
Немаловажно установить оптимальные составляющие комплекса. Например, в рассматриваемых условиях более эффективно применение значительно большего типоразмера фронтального погрузчика типа ТО-21-1.
На этом же объекте проводились опытно-промышленные работы по технологии механического разрыхления руд и вскрышных пород РБА мощностью 283 кВт (HD-41B фирмы «Фиат-Аллис»), В процессе работ был применен оперативный сейсмоакустический метод определения рыхли мости горных пород механическим способом. Измерения проводились одноканальной портативной сейсмостанцией типа «Сонотаймер» STM-10E.
Измерения скоростей прохождения упругих волн, а также определение других свойств пород на карьере Маардуского химзавода проводились в январе в условиях отрицательных температур (табл. 5.18). Более высокие значения скоростей прохождения упругих волн для руды, чем для известняка, объясняются тем, что при влажности руды, достигающей 8%, она представляет собой смерзшийся конгломерат.
Таблица 5.18
Физико-механические свойства пород Маардуского месторождения
Породы Объемная плотность, т/м’ Крепость по шкале проф. М. М. Прото-дьяко-нова Влажность, % Сцепление, кПа Скорость упругой волны, м/с
Почвенно-растительный слой Суглинки 1,2—1,9 1 1000—1700 *2;. 450—700
Известняк 2,6 7-8 0,5—3,2 27 1500-1800
Глауконитовый песчаник *1 .2,3 4 2,2 12,5 —
Диктионемовый сланец 1,8 5 3,5—7,0 — —
Пиритный слой *• — 15-16 —• •—• —
Кварцево-оболовый песчаник *• 2,3 4 1,4—8,0
Оболовый конгломерат 2,2-2,24 8 0,2 2100—2300 *8
*1 Экскавируются без рыхления.
*2 Скорость распространения упругой волны в верхней (промерзшей) части почвенного-растительного слоя.
”8 Скорость распространения упругой волны в мерзлой руде.
185
В процессе опытно-промышленных работ рыхление проводилось горизонтальными слоями, параллельными проходами с обратным холостым ходом. Длина рыхлимого блока — 50 м, ширина— 15 м. Средняя глубина рыхления—I м, шаг—1,2 м. Для известняков средняя скорость рыхления составила (по данным хронометража) 0,9 км/ч, средняя техническая производительность— 600 4-700 м3/ч (нижний предел) и 1000—1100 м3/ч (верхний предел).
Рыхление песчаников на участке проводилось также горизонтальными слоями, параллельными проходами с обратным холостым ходом с шагом 1,5 м. Данные усредненных хронометражных наблюдений при рыхлении характерного блока размером в плане 70X20 м следующие: длина реза — 61,7 м; время рыхления — 228,9 с; скорость рыхления — 0,31 м/с; техническая производительность — 950 4- 1050 м3/ч.
Рыхление руды проводилось при среднем размере рыхлимых блоков 50—60 м параллельными проходами с обратным холостым ходом. Средняя глубина рыхления — 0,7 м, шаг рыхления—1,5 м. Данные хронометражных наблюдений: среднее время рыхления—131,4 с, средняя скорость рыхления — 0,43 м/с, средняя техническая производительность рыхления — 750 4- 800 м3/ч.
В результате проведенных исследований была установлена зависимость производительности бульдозерно-рыхлительного агрегата мощностью 386 кВт от типа разрабатываемых горных пород с различными сейсмоакустическими характеристиками: Порода................................ Известняк Песчаник Руда
Скорость распространения упругой волны, м/с................................... 1500—2000 2100 2000—2300
Производительность агрегата, м3/ч .... 1000—1100 950 750—800
Комплексы мобильного оборудования эффективно применяются при производстве селективных работ и на других предприятиях горной химии, например на Чилисайском фосфоритном руднике.
Чилисайское фосфоритовое месторождение находится в Актюбинском фосфоритоносном бассейне. Пласт фосфоритной руды средней мощностью около 1 м залегает практически горизонтально и состоит из фосфоритной плиты, желваков, гальки. Подстилающие породы — глауконитовые и альбские пески. Вскрышные породы представлены четвертичными суглинками, кампанскими глинами мощностью, изменяющейся от 1—1,5 до 15 м. На поверхности залегает слой почвообразующей породы мощностью от 10 до 70 см. Продуктивный пласт не обводнен. Для фосфоритных руд Чилисайского месторождения характерно изменение в широких пределах содержания как полезного компонента Р2О5, так и четырех-пяти вредных компонентов. Вследствие этого были приняты многозабойная добыча ( восемь забоев на каждом карьере) и внутрикарьерное усреднение фосфоритной РУДЫ.
186
По проекту добычных работ предполагалось осуществлять: рыхление (механическое) бульдозером-рыхлителем; погрузку в автосамосвалы БелАЗ-540 (27 т) и БелАЗ-548 (40 т) гидравлическими экскаваторами ЭО-6121 с ковшами вместимостью-2,5 м3.
В настоящее время на карьере при рыхлении руды с коэффициентом крепости до 5—7 (по шкале проф. М.. М.. Протодья-конова) успешно используются рыхлители мощностью 220— 382 кВт, обеспечивая производительность до 2500—2700 м3/ч.
На погрузке руды с 1979 г. использовались погрузчики с ковшами вместимостью 7,65 м3, с 1987 г. работает один колесный, погрузчик с ковшом вместимостью 9,2 м3. Применение новой технологии при выемке и отгрузке руды по сравнению со старой дало ощутимые преимущества: сократились на 3—5 % потери руды при добыче; улучшилось управление качеством фосфоритной руды в процессе добычи; в два раза увеличилась, производительность забоя.
Кроме того, на Чилисайском руднике, базирующемся на комплексном месторождении, после применения мобильных комплексов добились хороших результатов при селективной выемке строительных горных пород для обеспечения заводов стройиндустрии (вскрышные и вмещающие породы идут на изготовление строительного и силикатного кирпича, керамзитового гравия и др.). Основываясь на значительных преимуществах новой технологии перед традиционной, ИПКОН АН СССР совместно-с ГИГХСом разработал вариант использования мобильной техники при селективной выемке верхнего (III) пласта фосфоритов на Полпинском месторождении, сложенном тремя горизонтальными пластами фоссырья желвачного типа, залегающими в кварцево-глауконитовых песках. Средняя мощность каждого— 0,3 м. Верхний пласт (III фосслой) встречается локально, и его запасы составляют 5—8 % от запасов остальных пластов.. В настоящее время III фосслой не выделяется и уходит в отвал вместе с породами вскрыши. По разработанной технологии предусматривают выемку его осуществлять бульдозером-рыхлителем, сталкивающим под откос нижнего подуступа полезное ископаемое, которое затем доставляется и отгружается в думпкары.
Была исследована схема селективной выемки полезного ископаемого при трех вариантах набора оборудования: бульдозер Д-752 (имеющийся на предприятии) с погрузчиками ПК-15 (ТО-21-1), ПК-Ю или Д-660 (ТО-11). Сравнительный техникоэкономический анализ полученных результатов по применению-оборудования показал, что экономически целесообразна селективная выемка III фосслоя комплексом, состоящим из бульдозера Д-752 и погрузчика Д-660.
По данным исследований применение мобильной техники имеет большое значение при разработке сложных (по горногеологическим и экономико-географическим условиям эксплуатации)
187
месторождений полезных ископаемых, например в Киргизии. Для них характерны:
небольшие масштабы, что предопределяет малую производственную мощность карьеров и ограниченный срок их эксплуатации (в основном 8—15 лет);
сложное пространственное положение залежей полезных ископаемых;
разнообразие и сложность морфологии тел полезных ископаемых мощностью от 0,5 до 6—7 м, составляющих свыше 85 % от их общего количества (на Хайдарканском месторождении), а также сложные и разнообразные условия их залегания;
большое число типов полезных ископаемых и вмещающих пород (на Актюбинском месторождении более 14) и высокая степень их перемежаемости;
низкие технико-экономические показатели (в 1,3—1,8 раза ниже средних по стране), высокий уровень количественных и качественных потерь полезных ископаемых при их добыче (соответственно 15—18 % и 40—50 %), во многом обусловленный применением традиционного горно-транспортного оборудования, которое недостаточно соответствует условиям разработки.
Теоретические и экспериментальные разработки показали, что применение в указанных условиях мощных рыхлительно-бульдозерных агрегатов и высокопроизводительных колесных погрузчиков позволяет: повысить в 1,1—1,3 раза коэффициент извлечения из недр и в 1,2—1,6 раза — коэффициент изменения качества; обеспечить эффективную раздельную выемку руд по типам и сортам в самых сложных условиях; значительно (в 2—5 раз) снизить минимальную выемочную мощность тел полезных ископаемых на карьерах.
Кроме этого была доказана необходимость использования мобильных комплексов при подготовке сырья путем селективной разработки полезного ископаемого на нерудных карьерах промышленности строительных материалов, а также на карьерах черной металлургии и угольных.
Горно-геологические условия открытых разработок горючих сланцев на ПО «Эстонсланец» (отрабатываемый пласт — сложноструктурного строения) также обусловливают необходимость селективной выемки полезного ископаемого с помощью мобильных комплексов. Для этого на разрезах ПО «Эстонсланец» проводились и проводятся опытно-промышленные исследования механического рыхления сланцевого пласта и вмещающих пород с помощью рыхлителей: ранее — РМ.Г-1, ДП-22С, в настоящее время — Д-652АС и ДЗ-94С. В результате было выявлено улучшение качества вынимаемого полезного ископаемого при послойном рыхлении взамен БВР. Приведенные затраты на разрушение 1 м3 горной массы пласта рыхлителем Д-652АС в 2,5 раза ниже, чем на разрушение при БВР. Дальнейшее сокращение потерь сланца в недрах намечается за счет применения еще более мощных модификаций РБА (тягового класса
188
35—50) и одноковшовых колесных погрузчиков грузоподъемностью 15—25 т.
По данным Союзгипронеруда наиболее действенным современным средством управления качеством известняков при разработке Порховского месторождения может быть использование комплексов мобильного оборудования. В соответствии с проектом, разработанным институтом, сильнотрещиноватые известняки подвергаются механическому рыхлению послойно с перемещением разрыхленной породы в штабель для последующей отгрузки. В результате годовая мощность карьера в год по полезному ископаемому составила 300 тыс. м3, по вскрыше — 200 тыс. м3. Производительность РБА при рыхлении достигла 300—1200 м3/ч, при бульдозировании—160 4-200 м3/ч. Экономический эффект от замены БВР механическим рыхлением — 130 тыс. руб., причем половина получена за счет повышения качества и сортности продукции.
5.6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЛЕКСОВ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОТРАБОТКИ ПРИКОНТУРНЫХ ЗОН КАРЬЕРА
Один из способов, позволяющий в максимальной степени сохранить естественную структуру массива в приконтурной зоне, — отработка его мобильными комплексами, состоящими из бульдозерно-рыхлительных агрегатов и фронтальных погрузчиков (рис. 5.18).
В настоящее время технология с применением такого комплекса внедрена на одном из отечественных карьеров, характеризующемся довольно сложными горно-геологическими условиями. Скальные и полускальные породы, представленные в основном сланцами, алевролитами, углистыми алевролитами (/ = 84-15 по шкале проф. М.. М.. Протодьяконова), имеют значительные тектонические нарушения с существенными ослаблениями массива в зонах нарушения. Отдельные протяженные участки борта сложены сильнотрещиноватыми кварцевыми алевролитами. В зонах нарушений, сложенных углистыми алевролитами, имели место крупные лоткообразные вывалы пород, полностью перекрывающих один или несколько уступов.
Сущность нового способа отстройки бортов заключается в следующем. Для сохранения естественной структуры горных пород, слагающих уступы бортов карьера, массовые взрывные работы прекращаются на расстоянии 50—80 м до предельного контура. Оставшиеся приконтурные блоки горных пород отрабатываются бульдозерами-рыхлителями (для условий рассматриваемого карьера — машинами мощностью 300 кВт).
В зависимости от крепости разрабатываемых пород с различной скоростью распространения сейсмоволны в массиве vc применяли схемы рыхления: для слабых и средних (щ = 500 4-4- 1000 м/с) — параллельными ходами; для крепких (vc <
189
4-~
Рис. 5.18. Схема отработки приконтурной зоны карьера рыхлителями и погрузчиками:
1 — фронтальный погрузчик; 2 — бульдозер-рыхлитель; 3 — автосамосвал; 4 — буровой станок.
< 2500 м/с) — параллельно-перекрестными ходами; для значительно окварцованных монолитных участков (ус 2500 4-4-3000 м/с)—путем спаренной работы двух бульдозеров-рыхлителей или встряхивания массивов горных пород при БВР по расширенной сетке скважин (10 X Ю м) с малым расходом ВВ для получения дополнительной трещиноватости массива рыхления.
Работы велись при следующих параметрах механического' рыхления: размер блока рыхления — 50X100 м; заглубление зуба рыхлителя —0,5 4-1 м (в зависимости от прочностных свойств разрабатываемых пород); среднее расстояние между проходами (шаг рыхления)— 1 4- 1,5 м.
После окончания рыхления бульдозер-рыхлитель формировал из разрыхленной горной массы навал высотой до 3 м. Расстояние транспортирования горной массы при этом не превы
190
шало 30—40 м ввиду потери производительности бульдозера при большем расстоянии.
Горная масса отгружалась из навала фронтальным погрузчиком (в рассматриваемом случае с ковшом вместимостью 7,65 м3) в автосамосвалы БелАЗ-548 и вывозилась в отвалы.
После отработки каждого трехметрового слоя (по условиям параметров работы погрузчика) участок уступа, подлежащий заоткоске, планировался фронтальным погрузчиком до проектного угла 55°. При более пологом проектном угле откоса уступа толщина отрабатываемого слоя уменьшается.
Сравнение технико-экономических показателей работы оборудования (табл. 5.19) показало, что применение новой технологии (по сравнению с традиционной) позволяет сократить затраты, связанные с эксплуатацией, причем существенное сокращение обусловлено тем, что угол наклона бортов карьера на участках, отстроенных по новой технологии, увеличивается в среднем на 5°.
Таблица 5.19
Расчетные технико-экономические показатели работы оборудования в приконтурной зоне карьера*
Показатели Новая технология Традиционная технология
Бульдозер-рыхлитель Погрузчик БВР Экскаватор ЭКГ-4,6
Производительность: сменная, м3 1300 1000 2200 150** 1800
годовая, тыс. м3 650 500 1100 — 900
Себесгоимость, руб/м3 0,115 0,149 0,084 0,173 0,1
Удельные затраты, руб/м3: капитальные 0,205 0,266 0,13 0,031 0,178
приведенные 0,14 0,181 0,099 0,177 0,121
* За исходные данные принимались фактические показатели экспериментальных работ.
** Погонная длина, м.
Примечание. В числителе приведены данные для средних условий разработки ,(ос= 1500-^-2000 м/с), в знаменателе — для трудных условий (с»с<2500 м/с).
По расчетам экономический эффект от применения технологии для отстройки участка борта протяженностью только 1000 м достигает 200 тыс. руб. в год.
Возможность эксплуатации комплексов мобильного оборудования в приконтурной зоне была рассмотрена для ряда
191
карьеров Жайремского месторождения полиметаллических руд, которое является сырьевой базой свинцово-цинковой подотрасли.
Горно-геологические условия этого месторождения сложны и определяются наличием в геологическом разрезе двух толщ рыхлой породы (кайнозойские отложения и кора выветривания) и коренных скальных пород (карбонатные, кремнисто-карбонат-ные и магматические образования с коэффициентом крепости 10—16 по шкале проф М. М. Протодьяконова), которые характеризуются диаметрально противоположными физическими и прочностными свойствами. На границе скальных пород и рыхлых отложений распространены полускальные породы с коэффициентом крепости 6.
Повышенные требования к качеству заоткоскн уступов возникают в основном из-за значительной мощности неустойчивых рыхлых и полускальных обводненных пород. Рыхлые отложения при предельной проектной глубине карьеров 200—300 м распространены па глубину 40—50 м, угол погашения уступов (высотой 10 м) на контуре этих пород в соответствии с расчетами по устойчивости составляет 30°. Породы коры выветривания распространены по участку повсеместно и имеют мощность от 70 до 150 м, угол погашения уступов (высотой 12 м) в породах данной зоны в зависимости от ее мощности и степени выветре-лости находится в пределах 32—37°. Угол погашения уступов в скальных породах изменяется от 39 до 64°.
Проектом отработки заоткоску уступов на контуре было предусмотрено производить: в рыхлых породах — экскаваторами ЭКГ-4,6 и ЭКГ-8И с разделением погашаемого уступа соответственно на три и два подуступа; в скальных и полускальных— с применением предварительного щелеобразования.
При выборе рациональных способов заоткоскн дополнительно к упомянутым известным схемам были разработаны и экономически оценены схемы заоткоскн с использованием: бульдозера и погрузчика; бульдозера, экскаваторов ЭКГ-4,6 и ЭКГ-8И и погрузчиков.
В схемах заоткоскн с применением бульдозера (рис. 5.19) постановка уступов в предельное положение осуществляется при перемещении рыхлой массы сверху вниз в навал на нижележащую площадку, которая затем отгружается погрузчиком или механической лопатой в средства транспорта.
В схеме с погрузчиком постановку уступа в предельное положение производят наклонными скользящими съездами, а погрузку пород в автосамосвалы — погрузчиком. Схема имеет более широкий диапазон применения, так как позволяет производить заоткоску уступов при углах откоса более 30°.
Сравнение технико-экономических показателей рассмотренных схем показывает, что наименьшие затраты при отработке приконтурной зоны характерны для схемы с использованием погрузчиков (табл. 5.20).
192
Рнс. 5.19. Схема постановки уступа в предельное положение:
1 — бульдозер-рыхлитель D-9G; 2 — погрузчик Н-400С; 3 — автосамосвал БелАЗ-548; рабочий ход погрузчика — сплошная линия; холостой ход автосамосвала — штриховая линия
В интенсивно трещиноватых мелкоблочных породах, имеющих место на рассматриваемом объекте, распространенный традиционный способ предварительного щелеобразования малоэффективен. Кроме этого в данных условиях отсутствует высокопроизводительное отечественное буровое оборудование для бурения скважин под пологими углами (а = 37°) погашения уступов, а качество заоткоскн неприемлемо при другом способе— взрывании зарядов, расположенных в скважинах переменной глубины.
Поэтому для заоткоскн уступов в таких условиях была разработана п рекомендована к промышленному внедрению технологическая схема с использованием бульдозера-рыхлителя 1 в сочетании с колесным погрузчиком 2 (рис. 5.20). Приведенные затраты на заоткоску 1 м борта по рекомендуемой схеме снижаются на 15 % при существенном улучшении качества заотко-ски. По данным исследований обеспечить максимально возможное качество и снизить стоимость заоткоскн скальных монолитных пород под любым встречающимся в практике углом погашения уступов можно способом постановки уступов в предельное положение с использованием самоходных буровых установок 1 типа Баммер Н-132 (Швеция) и фронтальных колесных погрузчиков 2 (рнс. 5.21).
По этому способу послойная отработка приконтурной зоны производится продольными наклонными скользящими съездами с применением шпуровой отбойки, а отгрузка взорванной массы — фронтальными погрузчиками.
13 к. Н. Трубецкой и др.
193
Таблица 5,20
Техиико-экоиомические показатели технологических схем заоткоски
уступов
Технологическая схема, оборудование Производительность Режим работы, смен в год Удельные затраты, руб/м3 Приведенные затраты, РУб.
сменная, м' годовая, тыс. м3 эксплуатационные капитальные приведенные на 1 м? породы на 1 м длины борта
С применением экскавато-
ров: ЭКГ-8И 2047 1847 0,108 0,029 0,137 (0,254) 0,254 62,23
ЭКГ-4,6 С применением: 929 817 1196 890 0,112 0,198 0,023 0,135 0,387 94,82
экскаватора ЭШ-6/65 1344 0,046 0,244 0,244 58,78
погрузчика с ковшом вместимостью 7,65 м3 1519 1352 0,076 0,014 0,09 0,111 27,32
Комбинированная: 1. Бульдозер Д-652АС 1027 642 625 0,12 0,026 0,146 0,138 33,88
Погрузчик (7,65 м3) 2000 1780 890
2. Бульдозер Д-652АС 1027 642 625 0,174 0,038 0,212 36,19
Экскаватор ЭКГ-4,6 929 827 890 0,148
3. Бульдозер Д-652АС 1027 642 625 0,17 0,044 0,214 36,26
Экскаватор ЭКГ-8И 2047 1847 890
Примечание. В скобках приведены данные с учетом затрат на устройство временных дорог, иереэкскавацию и дополнительных транспортных затрат.
Рис. 5.21. Технологическая схема заоткоски уступов в скальных породах с использованием самоходных буровых установок и фронтального колесного погрузчика
Рис, 5.20. Технологическая схема заоткоски уступов в полускальных породах с использованием бульдозера-рыхлителя и погрузчика
194
При отработке прнконтурной зоны шириной 11 м экономия при заоткоске 1 м борта (по сравнению с заоткоской бортов и погашением уступа способом предварительного щелеобразо-вания с применением станка СБШ-250М.Н и погрузкой взорванной массы экскаватором ЭКГ-8И) составляет 36,4 руб.
Таким образом, применяемый взамен традиционного способа заоткоски уступов карьеров в предельном положении новый с использованием комплексов мобильного оборудования (погрузчиков, бульдозеров-рыхлителей, самоходных буровых установок) позволяет принципиально изменить существующие схемы, максимально сохранить естественную структуру пород, слагающих борт, снизить затраты и повысить производительность и безопасность труда.
5.7. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ, СКЛАДИРОВАНИЯ И ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ КОМПЛЕКСОВ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Надежное и качественное выполнение рекультивационных работ и усреднение сырья при наименьших затратах — наиболее важные задачи открытых горных работ в современных условиях.
Повышению эффективности открытой разработки месторождений и одновременного производства рекультивационных работ способствует применение комплексов мобильного оборудования, состав которых зависит от горно-геологических условий и целей рекультивации.
Рассмотрим технологическую схему открытой разработки при одновременном производстве рекультивации горных работ на примере Чилисайского фосфоритового рудника. Сырьевой базой предприятия является Чилисайское месторождение фосфоритов. Характеристика месторождения, порядок отработки и эксплуатации описаны в 5.2.
С целью отработки технологии и оптимизации параметров вскрышных и рекультивационных работ в пределах карьерного поля был организован опытный участок с тремя картами (в том числе одной контрольной) размерами 150 X (20 4-30) м.
Снятие, складирование и отсыпку почвенно-растительного слоя производили элеваторным скрепером Катерпиллер 633D с ковшом вместимостью 26 м3. В связи с необходимостью селективной выемки разработку плодородного слоя производили тонкими слоями (7—10 см), при этом путь набора составлял около 100 м, а время загрузки достигало 70—80 с. Длина транспортирования в груженом состоянии — 350 4- 400 м, в порожнем— 600 м. Скорость движения груженого скрепера изменялась от 11,8 до 13,5 км/ч (или в среднем 12,7 км/ч). Разгрузка производилась на скорости, близкой к транспортной (около 12 км/ч), при пути разгрузки около 50 м. Почвенно-растительный слой укладывался на временном складе, откуда впослед
13*
195
ствии транспортировался в выработанное пространство карт на опытном участке. Разработка кампанских глин и четвертичных суглинков осуществлялась двумя скреперами Катерпиллер 637, объединенными в самозагружающийся скреперный поезд.
Длина транспортирования в грузовом направлении — 350 4-4- 370 м, в порожняковом — 600 4- 640 м, средняя эксплуатационная скорость движения составляла около 15 км/ч. Исследовалось также влияние дорожных условий на технико-эксплуатационные параметры работы скреперов. В процессе выполнения цикла на транспортных коммуникациях (грунтовые дороги) образовалась колея глубиной: после 1-го рейса — 5 см, 2-го— 17 см, 3-го — 25 см, 4-го — 40 см.
Таким образом, моделировались различные дорожные условия и путем хронометражных наблюдений устанавливалась скорость движения скреперов. Обработка Полученных данных позволила установить зависимость скорости передвижения груженых скреперов от сопротивления движения. Аналогично дорожные условия влияли на скорость движения порожнего скрепера, которая в среднем составляла 18 км/ч, а после профилирования возрастала до 25 км/ч. Разгрузка скреперов начиналась на скорости, близкой к транспортной. Но в процессе разгрузки из-за крупной кусковатости и плотности глин скорость резко падала (с 15 до 7—8 км/ч). Продолжительность разгрузки составляла 13—46 с.
Таким образом, одним из основных факторов, влияющих на производительность скреперов, является состояние транспортных коммуникаций, своевременное профилирование которых дорожной техникой позволяет на 80 % увеличить скорость движения груженого скрепера и на 40 %—-порожнего с соответствующим повышением сменной производительности на 25—40 %-
После удаления вскрышных пород на картах опытного участка производили добычу руды и отправку ее на опытно-промышленную установку сухой классификации, на которой отделяли пески класса —1 мм, используемые впоследствии для создания в отвальном профиле влагоаккумулирующего слоя. Выработанное пространство карт восстанавливали следующим образом.
Кампанские глины укладывались скреперами Катерпиллер 637 послойно с одновременным уплотнением в двух картах, после чего на одну из карт (№ 1) элеваторным скрепером Катерпиллер 633D наносился почвенно-растительный слой, а на другую (№ 2)—сначала пески, представленные отходами сухой классификации, а затем — почвенно-растительный слой.
После завершения работ по горно-технической рекультивации на опытном участке приступили к исследованиям в области биологической рекультивации. На исследуемых и контрольной картах высевали сельскохозяйственные культуры, районируемые в этой области. После завершения этого этапа исследований
196
было установлено, что на карте № 2 с песчаным водоаккумулирующим слоем урожайность повысилась на 55—-61 % по сравнению с контрольной картой.
Потенциальный народнохозяйственный эффект от внедрения мероприятий по повышению продуктивности восстанавливаемых земель на отрабатываемых площадях— 1,56 млн руб.
В настоящее время обогатительные фабрики и другие перерабатывающие предприятия обеспечиваются сырьем необходимого качества с минимальным колебанием от среднего содержания полезных и вредных компонентов путем подачи сырья из усреднительных внутри- или околокарьерных складов или создания резерва железнодорожных составов на станции вблизи приемных устройств перерабатывающего цеха с корректировкой качества из имеющегося резерва. Но так как затраты на содержание дополнительных составов примерно в три раза выше, чем стоимость усреднительного склада сырья, в нашей стране и за рубежом наиболее распространен первый способ усреднения.
В этом случае полезное ископаемое из различных забоев карьера перемещается, как правило, автотранспортом на склад. В зависимости от содержания вредных и полезных компонентов сырье размещают по сортам в отдельных отсеках склада. Минимальная длина отсека должна составлять 50—60 м. Автосамосвалы, заезжая на поверхность склада, разгружаются у бровки откоса, откуда полезное ископаемое сталкивается под откос бульдозером. Усреднение достигается за счет отгрузки определенного количества полезного ископаемого каждого сорта из отдельных отсеков склада. Однако при способе складирования полезного ископаемого по сортам склад занимает значительные площади (длина до 150—400 м), а производительность дорогостоящего экскаваторного оборудования из-за необходимости частого перемещения его вдоль фронта склада от отсека к отсеку незначительна. Так, технико-экономические показатели экскаваторов на усреднительных складах на 15—25 % ниже показателей экскаваторов, работающих на карьерах. Поэтому для увеличения производительности погрузки на складах используют несколько экскаваторов, на приобретение и содержание которых требуются значительные капитальные затраты и эксплуатационные расходы. Кроме экскаваторов на складе необходимо также применение бульдозеров. Все это, несмотря на обеспечение непрерывности отгрузки, обусловливает значительные затраты на усреднение.
В зарубежной практике для снижения общих затрат на усреднение при данном способе вместо экскаваторного и бульдозерного оборудования широко применяют колесные погрузчики. Имеется первый отечественный опыт использования этих машин на усреднительных и оперативных складах полезного ископаемого. Так, с 1971 г. на оперативных рудных складах Солнечного ГОКа и Брянского фосфоритового завода успешно эксплуатируются погрузчики с ковшами вместимостью 3,44—
197
Рис. 5.22. Принципиальная схема перемешивания погрузчиком трех слоев полезного ископаемого с различными качественными характеристиками
8,41 м3, с 1983 г. на угольных складах Нерюнгринского разреза — погрузчики с ковшами вместимостью 10 м3. При этом ими выполняются также различные вспомогательные работы в карьерах и на промплощадках перерабатывающих предприятий.
На некоторых предприятиях применяют последовательное слоевое складирование отдельных сортов полезного ископаемого. Каждый отсек усреднительного склада отсыпают одновременно по всей длине. Таким образом, в резерве образуются крутонаклонные слои, качественные показатели которых изменяются в пределах данного отсека. Предполагается, что ковш экскаватора при погрузке сырья в средства транспорта пересекает несколько крутонаклонных слоев, благодаря чему усредняются качественные показатели сырья. В то же время вследствие расположения слоев под углом 37—40° ковш экскаватора при отгрузке практически наполняется в пределах одного-двух слоев, что в значительной мере снижает качество усреднения, усложняет контроль за качеством отгружаемого материала, особенно при разработке месторождений с большим числом типов и сортов полезного ископаемого.
Авторами совместно с В. Г. Мильгуновым был разработан и проверен в промышленных условиях известнякового карьера Подольского цемзавода новый способ усреднения полезного ископаемого, обеспечивающий равномерное и более качественное усреднение сырья. Он заключается в следующем: усреднение осуществляется фронтальным погрузчиком за счет последовательного складирования друг на друга горизонтальных слоев полезного ископаемого с различными качественными характеристиками (при одинаковом качестве в пределах каждого отдельного слоя) и последующего перемешивания слоев при наполнении ковша снизу (от основания штабеля) вверх (до вершины штабеля) так, чтобы режущая кромка ковша продвигалась параллельно образующей откоса штабеля (рис. 5.22). При этом способе на усреднительный склад, организуемый в зависимости от конкретных условий внутри или на борту карьера, полезное ископаемое первоначально доставляется из одного забоя, где оно размещается горизонтальным слоем по площади склада в отступающем порядке. После отсыпки первого слоя из второго забоя доставляется определенное количество полезного ископаемого другого качества, которое затем размещается на первом слое, и так далее в установленной последовательности и определенных количествах до получения сырья требуемого содержания. Количество материала, укладываемого в слое,
198
Рис. 5.23. Схема доставки известняка из трех забоев на внутрикарьерный усреднитель-ный склад Подольского цементного завода
определяется заранее требуемым средним содержанием в перерабатываемом сырье п контролируется числом отсыпанных ковшей.
Таким образом, на складе образуется штабель. состоящий из горизонтальных слоев полезного ископаемого (см. рис. 5.22) с различными типами и сортами и известными (в пределах каждого отдельного слоя) количественными и качественными характеристиками. Наполнение ковша
при отгрузке из штабеля происходит
снизу вверх, чем окончательно достигается наиболее тщатель-
ное перемешивание всех сортов и типов полезного ископаемого и качественное усреднение его в соответствии с требуемым для переработки средним содержанием. При этом отпадает необходимость в экскаваторном, транспортном и бульдозерном оборудовании, которое применяется при существующих способах усреднения на складах.
В процессе опытно-промышленной проверки предложенного способа был организован внутрикарьерный усреднительный склад 4, на который из трех забоев 1—3 колесным погрузчиком 5 грузоподъемностью 13,6 т доставлялся известняк с различными качественными характеристиками (рис. 5.23). Расстояние перемещения до склада составляло: от 1-го забоя — 120 м, от 2-го — ПО м, от 3-го—150 4-180 м. Черпание взорванного, а также разрыхленного механическим рыхлителем известняка (плотность 2,2 т/м3, крупность кусков — от 0—50 до 1000—1100 мм) осуществлялось погрузчиком в забоях с высотой уступа 15 м. В зависимости от крупности кусков время черпания одного ковша изменялось от 8 до 10,4 с, при этом коэффициент наполнения ковша составлял 1,1—1,3. Скорость движения погрузчика (по дорогам низшего типа): груженого — от 11 до 12,7 км/ч, порожнего — от 12,2 до 16,9 км/ч.
Хронометражными наблюдениями и маркшейдерскими замерами было установлено, что производительность погрузчика при перемещении известняка из трех забоев на расстояние от
199
ПО до 180 м и складировании его послойно на усреднительном складе достигает 480—530 т/ч. Себестоимость складирования 1 т известняка в этих условиях составила 3,52 коп.
По результатам опытно-промышленной проверки предложенный способ выгодно отличается от известных способов усреднения, так как обеспечивает равномерное и наиболее качественное усреднение полезного ископаемого при наименьших затратах средств и труда.
В связи с непрерывным увеличением глубины открытых разработок и расстояния транспортирования горных пород на карьерах широкое распространение получают комбинированные технологические схемы, включающие перегрузку горных пород с одного вида транспорта на другой (преимущественно с автомобильного на железнодорожный). При этом наиболее часто встречается, как указывалось выше, способ перегрузки через открытый склад, что объясняется простотой его строительства, а также необходимостью, в ряде случаев, усреднения разносортного сырья.
Размеры склада зависят от его вместимости и производительности, а также от параметров применяемого оборудования и принятой технологии работ. Ширина штабеля по верху определяется из условия обеспечения безопасного разворота автосамосвалов в процессе разгрузки полезного ископаемого и принятой шириной забоя, а наибольшая высота склада (штабеля)— допустимой высотой черпания основного перегрузочного механизма. Длина штабеля при известных вместимости, ширине и высоте является величиной производной. Общая длина склада обычно значительно превосходит длину штабеля из-за необходимости продвижения железнодорожных составов в процессе погрузки относительно места стоянки экскаватора практически на полную длину поезда. Тогда экскаватор периодически может осуществлять погрузку в торцах штабеля. Соответствующее удлинение железнодорожных путей, особенно при больших объемах перегрузки, приводит к необходимости резервирования дополнительной территории под склад, что ухудшает техникоэкономические показатели перегрузочного процесса. При расположении таких складов в карьере требуется, как правило, оставлять временные целики, что увеличивает текущий коэффициент вскрыши. Поэтому в некоторых случаях из-за стесненных условий или по экономическим показателям такое решение вообще неприемлемо.
Иная обстановка возникает при использовании в качестве основных и перегрузочных механизмов карьерных колесных погрузчиков. Особенность технологии погрузки железнодорожных составов колесными погрузчиками заключается в том, что погрузка всего состава может осуществляться без продвижения последнего, так как благодаря своей маневренности и высоким скоростям перемещения колесные погрузчики сами продвигаются вдоль погрузочного фронта. При этом цикл работы по
200
грузчика складывается из черпания горной породы, разворота машины до 180° с подъездом к думпкару, разгрузки ковша и обратного разворота с подъездом к забою. При движении вдоль состава погрузчик дополнительно преодолевает две его длины, на что, например, при длине поезда 200 м и скорости движения 7 км/ч требуется всего около 4 мин.
При проектировании Костомукшского ГОКа институтом Гипроруда была предусмотрена перегрузка 24 млн т руды в год с автомобильного транспорта на железнодорожный через открытый склад, расположенный на борту карьера. Вместимость склада, рассчитанного на суточный запас, составляет 72 тыс. т. Склад состоит из двух равновеликих штабелей с двусторонней погрузкой. При эксплуатации поезда, имеющего режим работы 350 дней в году, массу нетто 1320 т и состоящего из восьми вагонов ВС-170 и тепловоза ТЭ-10Л, одновременно могут загружаться 2—3 состава. С учетом необходимого резерва проектом предусмотрены четыре погрузочных тупика на складе.
Были рассмотрены две технологические схемы с использованием в качестве основного перегрузочного оборудования: экскаватора ЭКГ-8И с ковшом вместимостью 8 м3; колесных погрузчиков ПК-15 с ковшами вместимостью 7,5 м3. По условиям обеспечения заданной производительности склада и расстановки экскаваторов требуется четыре машины ЭКГ-8И. При применении погрузчиков ограничение по расстановке оборудования снимается, так как колесные погрузчики могут переходить с одного погрузочного фронта на другой практически без Потерь времени в интервалах подачи составов. Для обеспечения производительности требуется шесть колесных погрузчиков. Таким образом, каждый состав в первом случае загружается Одним экскаватором ЭКГ-8И, во втором — двумя погрузчиками ПК-15.
Схема комплексной механизации перегрузочных работ предусматривает разгрузку автосамосвалов, прибывающих из карьера, на верхней площадке склада у границы транспортной зоны (см. рис. 2.2). Выгруженная руда сталкивается бульдозером под откос штабеля в зону работы погрузочного механизма. Экскаватор осуществляет погрузку железнодорожных составов с продвижением поезда (после погрузки каждого думпкара), погрузчик — без продвижения.
В зависимости от параметров применяемого погрузочного оборудования высота рудных штабелей составляет 12 м для экскаваторов ЭКГ-8И и 8 м — для погрузчиков ПК-15, длина штабелей, при равных вместимости и ширине по верху, — соответственно 140 и 200 м.
Следует особо подчеркнуть, что несмотря на большую ширину площадки склада при использовании погрузчиков, общая площадь склада меньше по сравнению с таковой при использовании экскаваторов, что обусловливает меньший объем горных работ при применении погрузчиков и расположении склада в контуре карьера.
201
Анализ основных технико-экономических показателей убедительно доказывает, что в условиях Костомукшского ГОКа перегрузку руды на борту карьера с автомобильного на железнодорожный транспорт целесообразно осуществлять погрузчиками типа ПК-15 с ковшом вместимостью 7,5 м3.
Основные технико-экономические показатели, полученные при применении разных технологических схем перегрузочного склада руды на Костомукшском ГОКе
Основное перегрузочное оборудование склада . Колесные Экскаватор погрузчики ЭКГ-8И
ПК-15
Годовая производительность склада, млн т . . 24
Рабочая вместимость склада, тыс. т...................... 72
Число погрузочных тупиков................................ 4
Вместимость ковша перегрузочного оборудования, м3...................................... 7,5 8
Парк перегрузочных машин..................... 6 4
Время погрузки состава, мин.................. 115 129
Рабочий парк локомотивных составов........... 5
Инвентарный парк: тепловозов ТЭ-10Л . ... 6 7
думпкаров ВС-170 . ............. 47 57
Протяженность, км: железнодорожных путей.......................... 2,9 4,0
постоянных дорог ...... 0,1 0,5
Общая площадь склада, тыс. м2 . . . . . 95 105
Объем планировочных работ, тыс. м8 . . . 218 241
Списочный штат рабочих........................... 78 98
Капитальные затраты на строительство склада,
перегрузочное и транспортное оборудование, млн руб. . . ......................... 3,66 4,77
Годовые эксплуатационные расходы на погрузку и транспортирование, млн руб.................. 1,1 1,26
Приведенные затраты, млн руб. в год .... 1,54 1,83
Приведенные экономические показатели по рассматриваемым технологическим схемам являются относительными, не учитывающими всего комплекса работ (например, транспортирование руды из карьера на склад, ремонтную службу), но достаточными для сравнительной оценки обеих схем. Вместе с тем, по-изменяющимся статьям расходов экономические показатели определялись напрямую — без использования укрупненных показателей. Кроме показателей собственно по складу учитывалось уменьшение времени загрузки каждого состава двумя погрузчиками по сравнению с временем загрузки одним экскаватором, что в свою очередь позволяет сократить потребность в железнодорожном подвижном составе за счет ускорения оборота поездов.
Годовой экономический эффект от внедрения на рудном, складе Костомукшского ГОКа колесных погрузчиков (по-сравнению с экскаваторами ЭКГ-8И) составит 290 тыс. руб.
6. РАЦИОНАЛЬНЫЕ ГРАНИЦЫ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСОВ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
6.1. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ КОМПЛЕКСОВ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Широкое применение на карьерах мощных рыхлительных агрегатов, самоходных скреперов, колесных погрузчиков, а также эффективность объединения этих машин в комплексы мобильного оборудования обусловили конкурентоспособность их по сравнению с комплексами традиционного горного и транспортного оборудования. Поэтому в настоящее время научный и практический интерес представляют установление границ и областей эффективного использования и определение рационального состава комплексов мобильного оборудования.
Основной задачей является подбор вариантов сочетаний оптимальных величин вместимости ковшей (самоходных скреперов в комплексе с толкачами и колесных погрузчиков, выполняющих погрузочные, в комплексе с автосамосвалами, и погрузочно-транспортные работы), мощности годового грузопотока и расстояния транспортирования, соответствующих минимуму удельных приведенных затрат. Многофакторность задачи обусловливает целесообразность применения экономике-математического моделирования на ЭВМ. При этом графические методы используются для анализа рассчитанных показателей и одновременного определения области и границ эффективного применения вариантов комплексов мобильного оборудования в •сравнении с различными оптимальными комплексами традиционного горного и транспортного оборудования (экскаваторы— автосамосвалы) для условий месторождений карбонатного сырья.
Методика предусматривает выполнение следующих этапов исследований. На основе анализа горно-технических условий разработки месторождений, перспективных для применения комплексов мобильного оборудования и технологических схем (см. 2.2), были составлены варианты сочетаний основных параметров карьеров, комплексов нового и традиционного горного и транспортного оборудования (рис. 6.1). В комплексе с рыхлителями или рыхлительно-бульдозерными агрегатами рассматривалось следующее оборудование: самоходный скрепер-толкач; колесный погрузчик, используемый как погрузочно-транспортное оборудование; колесный погрузчик и автосамосвал; как базовый вариант — традиционное оборудование — экскаватор и автосамосвал. Модели скреперов и толкачей были выбраны из перспективного (предлагаемого) типоразмерного ряда, модели
203
as ю я-
колесных погрузчиков, экскаваторов и автосамосвалов — из существующих типоразмерных рядов.
На втором этапе составлялись расчетные зависимости для определения технико-эксплуатационных параметров оборудования и разрабатывались стоимостные параметры нового оборудования, по которым определялись капитальные затраты и годовые эксплуатационные расходы.
Экономико-математические модели удельных приведенных затрат Зпр (руб. на 1000 т) на механическое рыхление, выемку (погрузку) и транспортирование горных пород при использовании различных комплексов мобильного оборудования в общем структурном виде описываются уравнениями:
для рыхлительно-скреперных комплексов (PC)
3ПР.РС = 1(Кр + Кс + Кт) £н + Ср + Сс + Ст! Qr-p'. г; (6.1)
для рыхлительно-погрузочно-транспортных комплексов (РПТ)
3пР. рпт = [(Кр.ш + Кп.тр) Ен + Ср. ш + Сп.тр] QrP!r; (6.2)
для рыхлительно-погрузочно-автотранспортных комплексов (РПА)
Зпр РПА = [(/Ср. ш + Кпог Ч~ Ктр) Ец Ч~ Ср. ш Ч~ СПОГ -р Стр] Qrp.r, (6.3)
где КР, Кс, Кт, Кр.ш, Кп. тР, Кпог, Ктр — капитальные затраты при эксплуатации соответственно рыхлителей, скреперов, толкачей, РБА, погрузчиков, экскаваторов и автосамосвалов, руб.; Ср, Сс, Ст, Ср.щ, Сп.тр, СПог, Стр — годовые эксплуатационные затраты на рыхление, скреперование, содержание толкачей, рыхление—• штабелирование, погрузочно-транспортные работы, погрузку и транспортирование, руб. Ен — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; Qrp. г — годовая мощность грузопотока, т.
Оптимальные структура и область применения комплексов мобильного оборудования на карьерах описываются целевой функцией
Зпр = f (Qrp. г, Кр, Крвд, Ек, LTp, </а) > min, (6.4)
где Np, Npea — мощность соответственно рыхлителя и рыхли-тельно-бульдозерного агрегата, кВт; Ек — вместимость ковша выемочного оборудования, м3; £тр — расстояние транспортирования; qz — грузоподъемность автосамосвала, т.
При расчете капитальных затрат и эксплуатационных расходов для комплексов мобильного оборудования использовались методы, изложенные в 4.2.
При определении области эффективного применения каждого исследуемого ряда машин и комплексов были получены значения функций удельных приведенных затрат для различных
205
сочетаний переменных Qrp. г и £тр. Границы и интервалы изменений данных независимых переменных принимались следующими: Qip = 0,25-r-4 млн т (0,25; 0,4; 0,65; 0,9; 1,4; 1,9; 2,5; 3,3; 4); Гтр = 0,1 4- 3,5 км (0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 0,7; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5). Оптимизация по параметрам Ек и qa проводилась в процессе расчета; значения Зпр, включенные в результирующие таблицы, соответствовали оптимальным для каждого вида оборудования.
6.2. ОБОСНОВАНИЕ ТИПОРАЗМЕРНОГО РЯДА И УСЛОВИИ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ СКРЕПЕРНЫХ КОМПЛЕКСОВ
ГОСТ 10055—75 регламентирует параметры следующих типоразмеров самоходных скреперов: СС-8, СС-10, СС-15, СС-25, СС-40 (цифры соответствуют геометрической вместимости ковша, м3). До настоящего времени отечественной машиностроительной промышленностью освоено производство самоходных скреперов первых трех типоразмеров (соответственно ДЗ-74, ДЗ-11 и ДЗ-13), использование которых ограничивается незначительными объемами, в основном, при производстве массовых земляных работ. По сравнению с различными областями строительства (дорожным, транспортным и мелиоративным) горнодобывающая промышленность отличается большими объемами открытых горных разработок, тяжелыми и сложными условиями эксплуатации.
Отечественный и зарубежный опыт применения самоходных скреперов свидетельствует, что для горно-добывающей промышленности и массовых земляных работ при строительстве целесообразно создание и серийное производство этих машин в комплексе с толкачами. За основу в новом типоразмерном ряду принят самоходный скрепер ДЗ-13 с ковшом вместимостью 15 м3. По условию соответствия типоразмеров рыхлителей и самоходных скреперов выбран ряд предпочтительных чисел 1,25 и, исходя из него, рассмотрен типоразмерный ряд скреперов СС-12, СС-15, СС-19, СС-24, СС-30, СС-38 в комплексе с толкачами мощностью соответственно 245, 306, 387, 484, 603 п 745 кВт.
Для выявления количественных зависимостей между основными рабочими параметрами, определяющими технико-экономические параметры эксплуатации, были проанализированы технические характеристики одномоторных самоходных скреперов, выпускаемых отечественной машиностроительной промышленностью, а также аналогичного оборудования зарубежных фирм — «Дженсрал моторе» и «Катерпиллер» (США), «Комацу» (Япония) и др. При этом в качестве факториального признака была принята вместимость ковша Е.
В результате были получены следующие уравнения линейной регрессии, определяющие связь между вместимостью (м3) ковша самоходного скрепера, мощностью N (кВт) его -двига-
206
теля и массой G (т):
N = 138 + 10,3£ (г = 0,92); (6.5)
G = 6,28-f-1,84£ (г = 0,99) (6.6)
при 10,7 <£<30,6 м3.
Полученные зависимости используются при разработке стоимостных параметров нового ряда самоходных скреперов, характеристики которых приведены в табл. 6.1.
Таблица 6.1
Технико-экономические характеристики типоразмеров самоходных скреперов
Параметры С С-12 СС-15 С С-19 С С-24 сс-зо СС-38
Вместимость ковша, м3: геометрическая «с шапкой» Мощность двигателя, кВт Масса, т Цена, тыс. руб. Расчетно-балансовая стои- мость скрепера, тыс. руб. Норма амортизационных отчислений (с учетом коэффициента 1,3 на полное восстановление вследствие работы па скальных породах) Стоимость комплекта шин (13,5% от стоимости скрепера). руб. 12 14,4 260 28,4 47,6 51,4 15 18 298 34 57 61,5 19 23 335 41,2 69,1 74,6 24 29 387 50,4 84,5 91,2 30 36 447 61,5 103,1 111,2 38 45,6 538 76,2 127,75 137,8
23,8 18,5
6426 7695* 9328 11408 13 920 17 246
* По ценнику.
Определение парка оборудования. Парк скреперов рассчитывается по формуле
nc = Qrvina.c, (6.7)
где Qrp — сменная мощность грузопотока, т; Па,с — сменная эксплуатационная производительность скрепера, т.
ц == ^600£у^нТсм^и (6 8)
с 7ц. с^р ’
где £ — вместимость ковша скрепера «с шапкой», м3; у — плотность материала в целике, т/м3; kK, kp, k„ — коэффициенты соответственно наполнения ковша, разрыхления материала в ковше, использования скрепера во времени; 7'см— продолжительность смены, ч; Ти.с— время цикла скрепера, с.
7’ц. с ^„ос + Гиер, (6.9)
207
где Гпос = 87 с — время цикла, не зависящее от расстояния транспортирования (загрузка, разгрузка, маневры).
Время цикла, зависящее от расстояния транспортирования, Дтер — Лр Н~ Дор> (6.10)
где /гр и /пор — время движения в груженом и порожняковом направлениях, с.
/rp = 3,6Lrp/t)rp, (6.11)
где Lrp — расстояние транспортирования в грузовом направлении м; vrp — скорость груженого скрепера, км/ч.
^пор 3,6Lnop/ynop, (6,12)
где /.пор — расстояние транспортирования в порожняковом направлении, м; Упор — скорость порожнего скрепера, км/ч.
Число скреперов, которое может обслужить один толкач, «т^Уц.с/Т’ц.т, (6.13)
где 7ц.т= 1,4 Т3.с-Г 15 — время цикла толкача, с; Т3,с — время загрузки скрепера, с.
Исходные данные для определения числа самоходных скреперов и толкачей приведены в табл. 6.2, при составлении которой были использованы результаты опытно-промышленных работ, практические и нормативные данные.
Укрупненные стоимостные параметры для расчета капитальных затрат и эксплуатационных расходов определялись по методике Центрогипрошахта.
Капитальные затраты складываются из затрат на приобретение скреперов с учетом запасных частей, затрат по доставке и заготовительно-складских расходов. За базовую была принята отпускная цена серийно выпускаемого самоходного скрепера ДЗ-13. Исходя из этого, а также учитывая стоимость 1 т машины, получили отпускные цены скреперов других типоразмеров.
Стоимостные параметры по эксплуатационным расходам складываются из двух видов затрат: постоянных (годовых), не зависящих от продолжительности работы скрепера за год (амортизационные отчисления) и переменных, отнесенных к 1 машино-ч работы скрепера, — стоимость расхода горючего (дизтопливо) и износа материалов (шины и смазочные), а также стоимость содержания и ремонтов. Годовая сумма амортизации определена в процентах от расчетно-балансовой стоимости скрепера, причем для моделей СС-12 и СС-15 амортизационные отчисления (норма на полное восстановление) увеличены на 30 % с учетом использования их на разработке скальных и по-лускальных пород. Стоимость шин для самоходных скреперов новых типоразмеров составляет 13,5 % от цены машины, что соответствует указанному соотношению стоимости комплекта шин (покрышка, камера и ободная лента) для скрепера ДЗ-13.
208
Таблица 6.2
Исходные данные для определения числа самоходных скреперов и толкачей
Примечание. В скобках—-вместимость ковша «с шапкой»,
14 К. Н. Трубецкой и др.
209
Срок службы шин принят на основании данных мирового опыта эксплуатации самоходных скреперов. Расход дизельного топлива и смазочных материалов, а также показатели трудоемкости ремонтов определены в соответствии с методикой ВНИИ-стройдормаша. Стоимостные параметры толкачей определялись по методике, изложенной в 4.2, без учета затрат на наконечники. Исходные данные для расчета стоимостных параметров самоходных скреперов и толкачей, а также собственно стоимостные параметры приведены в табл. 6.3—6.6.
Результаты расчета удельных приведенных затрат учтены при определении областей рационального применения различных моделей самоходных скреперов в комплексе с толкачами (рис. 6.2), а также при разработке рекомендаций по новому типоразмерному ряду. Анализ полученных данных (см. рис. 6.2) показывает, что область рационального применения самоходных
Таблица 6.3
Исходные данные для расчета стоимостных параметров самоходных скреперов
Переменные затраты, руб/машино-ч СС-12 СС-15 С С-19 С С-24 СС-30 С С-38
На топливо 1,52 1,72 2,15 2,5 2,9 3,4
На смазочные материалы 0,38 0,43 0,53 0,63 0,72 0,85
На ТР п ТО 1 1,22* 1,47 1,8 2,2 2,73
На износ шип 2,1 2,56 3,1 3,8 4,64 5,75
И того 6,04 6,97 8.29 9,77 11,5 13,77
* По данным ВНИИстройдормаша норматив для скрепера ДЗ-13—1,015 руб. Для рассматриваемых условий разработки разрыхленных скальных и полускальных пород норматив увеличен на 20 % (1,22 руб.). Для других моделей указанные затраты приняты с соответствующей поправкой в зависимости от массы скрепера.
Таблица 6.4
Стоимостные параметры самоходных скреперов
Т ипоразмер скрепера Капитальные затраты, тыс. руб. Эксплуатационные расходы
постоянные (годовые), руб. переменные, руб/машино-ч
СС-12 51,4 12 233 6
СС-15 61,5 14 637 7
СС-19 74,6 13 801 8,3
СС-24 91,2 16 872 9,8
СС-30 111,2 20 572 11,5
С С-38 137,8 25 493 13,8
210
Таблица 6.5
Исходные данные для^расчета стоимостных параметров толкачей
1 Переменные затраты, руб/машино-ч Базовый трактор
Т-ЗЗО Т-410 Т-520 Т-650 Т-810 Т-1000
На топливо 1,6 2 2,48 3,13 3,9 4,85
На смазочные материалы 0,4 0,5 0,62 0,78 0,98 1,21
На ТО и ТР (средние уело- 3,6 4,49 5,75 7,18 8,95 11
ВИ я)
И того 6,64 8,03 9,89 12,13 14.87 18,1
11 р и мечани е. Заработная плата водителя — 1,04 руб/ч.
Таблица 6.6
Стоимостные параметры толкачей
Типо- размер базового трактора Капитальные затраты, тыс. руб. Эксплуатационные затраты Типо- размер базового трактора Капитальные затраты, тыс. руб. Эксплуач ацнонные затраты
постоянные (годовые), руб. переменные, руб/машино-ч постоянные (годовые;, руб. переменные, руб/машино-ч
Т-330 90,2 18 581 6,64 Т-650 179,54 30522 12,13
Т-410 112,22 23 117 8,03 Т-810 223,78 38 043 14,87
Т-520 143,82 24 432 9,89 Т-1000 275,14 46 774 18 1
скреперов с ковшами вместимостью: Е = 12 м3 в комплексе с толкачом мощностью N = 245 кВт находится в интервале расстояний £тр от 0,1—2 до 0,1—0,3 км при годовой мощности грузопотока Qrp. г соответственно 0,25—1,4 млн т; £=15 м3 с толкачом N = 245 4-306 кВт — в интервале £гр от 0,1—0,5 до 2—3 км при Qrp. г= 1,9 4-0,25 млн т; £=19 м3 с толкачом Д = 387 кВт — в интервале расстояний £тр при мощностях QrP. г соответственно: 0,1—0,3 км — 2,5 млн т; 0,7—2 км—1,9 млн т;
Рис. 6.2. Области применения самоходных скреперов с ковшами вместимостью 12—38 м3:
12, 15, 19, 24, 30 и 38 — рациональные для скреперов с соответствующей вместимостью ковша; 12—15, 15—19, 19—24, 24—30, SO-38— конкурентоспособных значений для скреперов соответствующего типоразмера (вместимости ковша)
14*
211
]—3 км—1,4 млн т; 2—3,5 км — 0,9 млн т; 2,5—3,5 км — 0,65 млн т; 3,5 км — 0,25—0,4 млн т.
Скреперы с ковшом вместимостью Е = 24 м3 наиболее рациональны при Qrp. г = 1,4 Ч-3,3 млн т и £тр — от 2,5—3,5 до 0,1—3 км. При Qrp. г = 4 млн т и ЕтР=0,1Ч-3,5 км несколько лучшие показатели (на 7—10%) имеет комплекс «скрепер СС-30 — толкач Т-810» по сравнению с комплексом СС-38 — Т-1000.
Зависимость между типоразмером скрепера — вместимостью ковша Е (м3), Qrp. г (тыс. т) и Етр (м) описывается уравнением: Е = 8,43 + 4,96-10-3Qrp.r + 1,93- 1(Г3£тр (г = 0,93) (6.15)
при 250 Qrp, г< 4000 и 100<£тр<3500.
Выполненные исследования позволяют рекомендовать следующие изменения: замена типоразмера скрепера СС-10 на СС-12; увеличение мощности двигателя скрепера типоразмера СС-15 до 294—309 кВт; ввод новых типоразмеров СС-19 и СС-30.
6.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И УСЛОВИЙ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ПОГРУЗОЧНО-ТРАНСПОРТНЫХ КОМПЛЕКСОВ
В качестве выемочно- и погрузочно-транспортных комплексов мобильного оборудования на карбонатных карьерах были рассмотрены колесные погрузчики ПК-10 и ПК-15, используемые как погрузочно-транспортное оборудовние при расстоянии транспортирования 0,1—1 км, а также как погрузочное оборудование в сочетании с автосамосвалами КрАЗ-256, БелАЗ-540 и БелАЗ-548. С ними сравнивались комплексы традиционного оборудования — экскаватор ЭКГ-4,6 в сочетании с автосамосвалами БелАЗ-540 и БелАЗ-548.
Расчет парка оборудования. Необходимое число погрузчиков, используемых в качестве погрузочно-транспортного оборудования,
(6.16)
где Яп. гр — сменная эксплуатационная производительность погрузчика, т.
Яп. тр = 3600^Угем*и. > (6.17)
где Ев — вместимость ковша погрузчика, м3; у — плотность материала в целике, т/м3; kH — коэффициент наполнения ковша; Гем — продолжительность смены, ч; /ги — коэффициент использования погрузчика в течение смены; kp—-коэффициент разрыхления горной массы; Гц.п—-время цикла погрузчика, с.
Гц.„ = Гпос + Гпер, (6.18)
212
где Тлос — постоянное время цикла (на черпание, маневр и разгрузку), принятое для погрузчиков ПК-Ю— 27 с, ПК-15 — 32 с;’ 7’пер — переменное время цикла, зависящее от расстояния транспортирования и скорости перемещения в грузовом и порожняковом направлениях, с.
Исходные данные для расчета производительности и числа погрузчиков при различных расстояниях транспортирования приведены в табл. 6.7.
Таблица 6.7
Исходные данные для расчета производительности погрузчиков, применяемых в качестве погрузочно-транспортного оборудования
Показатели Скорость движения *, км/ч
7/11 11/14 14/20
^Расстояние транспортирования, м
100 200 300 500 700 1000
Время движения * (ПК-10, ПК-15), с: Полное время цикла **, с: пк-ю ПК-15 Производительность по- грузчика, т.- ПК-10 ПК-15 51,4 32,7 111,1 116,1 1403,8 2015 65,4 51,4 143,8 148,8 1084,6 1572,2 77,1 54 158,1 163,1 986,5 1434 128,5 90 245,5 250,5 635,3 964 180,5 126 333 338 468,4 692 257 180 464 469 336,1 499
* В числителе приведены значения скорости и
времени движения погрузчиков в грузо-
вом направлении, в знаменателе — в порожняковом.
** Время черпаиня, маневров и разгрузки для ПК-Ю составляет 27 с, ПК-Ю—32 с.
Число погрузчиков, используемых в качестве погрузочного оборудования, и экскаваторов определяют по формуле
nn = QK/nn.a, (6.19)
где Пв.э — сменная эксплуатационная производительность погрузчика или экскаватора, т.
(6.20)'
п-э + it>6 a 1 2
где Тем — продолжительность смены, мин; /Ор — продолжительность организационных перерывов в течение смены, мин; toe— время обмена автосамосвала у погрузочного механизма, мин; <7* — фактическая грузоподъемность автосамосвала, т; k\ — коэффициент, учитывающий время, затрачиваемое на подчистку забоя экскаватором, —• k\3 — 0,97 или погрузчиком — /г1п = 0,97; k2— коэффициент, учитывающий снижение производительности
21»
погрузочной машины при низкой высоте штабеля — для экскаватора k2a — 0,9, для погрузчика й2п=1; ta — время загрузки одного автосамосвала, мин.
/а = йк/ц/60. (6.21)
где — продолжительность цикла погрузочной машины, мин; ак — число ковшей, загружаемых в кузов автосамосвала.
«к = ?а/^п.э*эУ, (6.22)
где qa — номинальная грузоподъемность автосамосвала, т;
э— вместимость ковша погрузчика или экскаватора, м3; k3 — коэффициент экскавации или погрузки.
Фактическую загрузку автосамосвала (т) определяют по формуле
9ф э^эУ- (6.23)
Исходные данные для расчета парка погрузочного оборудования в зависимости от типов применяемых автосамосвалов приведены в табл. 6.8.
Таблица 6.8
Исходные данные для расчета числа единиц погрузочного
оборудования
Показатели Погрузчик Экскаватор ЭКГ-4,6
ПК-10 ПК-15
Вместимость ковша, м3 5 7,5 4,6
Коэффициент использования вместимости ковша 0,77 0,65
Продолжительность цикла, с Число ковшей, загружаемых в кузов автосамосвала грузоподъемностью, т: 43 47 30
12 1 — 1
27 3 2 4
40 Время разгрузки (мин) автосамосвала грузоподъемностью, т: 4 3 6
12 0,72 — 0,5
27 2,15 1,57 2,03
40 Сменная производительность оборудования, работающего с автосамосвалом грузоподъемностью, т: 2,87 2,35 3,0
12 2636,5 — 2506
27 3640 4660 3995
40 3820 5077 4286
Инвентарный парк автосамосвалов определяют по формуле
Na Na. p/^iIIIB>
(6.24)
214
где /гинв— коэффициент инвентарное™; Nz.p — рабочий парк автосамосвалов
Na.v = Na.CKkCM, (6.25)
где kCK — коэффициент, учитывающий количество смен работы единицы подвижного состава; Ла. см — потребное число единиц подвижного состава в смену.
^а.см=СК/Па, (6.26)
где Па — сменная производительность единицы подвижного состава, т.
Па = ардф, (6.27)
где ар — число рейсов в смену.
= (6.28)
Гр
где kK— использования рабочего времени в смену; /р— продолжительность рейса, мин.
— 4р + ^пор + + 4ад + /раз, (6.29)
где /гр, /пор, /а, /зад, /раз — время соответственно движения груженого и порожнего автосамосвала, загрузки автосамосвала [определяется по формуле (6.21)], на маневры под погрузкой и разгрузкой и задержки в пути, разгрузки, мин.
Годовой пробег (тыс. км) единицы подвижного состава инвентарного парка
_ 1сут^инв
ьгод— 1000£су.г , (O.aU)
где £сУт — суточный пробег единицы подвижного состава рабочего парка, км; Д = 260 — число рабочих дней в году; &сут = = 1,1 — коэффициент суточной неравномерности.
£сут = 2(/к + /п)0П1, (6.31)
где /к, /п — дальность транспортирования по карьерным и постоянным дорогам, км; п( — число рабочих смен единицы подвижного состава.
Исходные данные для определения производительности, времени цикла и парка автосамосвалов приведены в табл. 6.9 и 6.10.
Расчет технико-экономических показателей погрузочнотранспортных комплексов мобильного и традиционного оборудования производился в соответствии с методикой и принципами, изложенными в 4.2.
Капитальные затраты на погрузчики определялись с учетом затрат на приобретение оборудования, доставку, стоимости запасных частей и заготовительно-складских расходов. Цена оборудования (тыс. руб) рассчитывалась по формуле
Дп==8,81дп-0,072<72-2,09. (6.32)
215
о 00 О1ЮЬ Ь- СП СО ю СО *- Ю 00 оо
«п со со" О СО ’Ф СМ см см со см см О СО см см см
m 00 СМ ю см 12,9 14,4 см ю ь-со to см об'-^СМ —• см см 20,97 21,75 18,4 21,4 22,4
8 CJ 10,7 СМ смюь ’ со со о" о" О- ю to со 00 СТ)" см~ СО СТ) о -и см
2000 к 22 9,6 10,9 СИСЬ СО СО Оу 1О СО СО »—‘ ’—1 —• 17,47 18,25 ^сп СП to ь-"со"
1500 см 00 СП 10 10,9 СМ Ю V-Оу—^ОО со" со со" ю со to со ю СО со ь-т—•* ч—( 1—и
О со ю со тГ ,74 ,10 со сп ь-O0 оо СП ,31 ,45 ,64 ,76 ,1
со" Ю Tj-' О’ О» 00 — cd СО Tf —< со ю < ’—•*
ю [ч. сп СО СО — ТГ —< 00 со ю см со К оо СП СО СО см —
ь- со со 1О со' со' о см' со' —* см' о см со
о. —«со см СО Ь-СЛ —- 5^0 со см ю ю см со г-см СП —
ю см см —< ’ф ’Фю' СТ) —< см • 1 СТ) о см' со
со Ь* СО ю г- об СМ Ю СМ 00 ь- г- см см см об
О? о О)'СП со со со СО СТ) о СП о 00 СП о
см со ,67 со СТ) о СП ю со СО о СТ) г- со ,17 ,9 ,08
СЧ о 00 Ь-' СМ см' со Ь- СТ) СТ) оо' СТ) ьссо
о ю оо см Ю Ь’ СП со Ь- ю со со СМ 00 о
О’ со" со —« см со" ь- оо' С”' оо' со' СТ)
СОСО
со со
со
S
Й^сосо
В5 D- с; О
Таблица 6.9
Исходные данные для определения времени цикла автосамосвалов, работающих с погрузочным оборудованием
О) <У к U0 со
Время на задержки автосамосвалов в пути, маневры при погрузке и разгрузке, мин
216
Таблица 6.10
Число рейсов и производительность автосамосвалов
Расстояние транспортирования. м
Комплекс оборудования 100 200 300 500 700 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Число рейсов в смену
Погрузчик ПК-10 с ав-
тосамосвалом:
КрАЗ-256Б 67 58 52 45 41 36 31 28 26 23 20
БелАЗ-540 54 47 43 38 35 31 26 23 22 20 18
БелАЗ-548 Погрузчик ПК-15 с ав- 48 43 40 35 32 28 25 21 19 17
тосамосвалом:
БелАЗ-540 58 51 46 41 37 32 27 24 23 20 18
БелАЗ-548 Экскаватор ЭКГ-4,6 с 51 45 42 37 33 30 26 23 22 19 17
автосамосвалом:
КрАЗ-256Б 70 60 54 47 42 37 32 28 27 23 21
БелАЗ-540 55 48 44 39 35 31 27 24 23 20 18
БелАЗ-548 48 43 40 35 32 29 25 23 22 19 17
Сменная производительность, т
Погрузчик ПК-10 с ав-
тосамосвалом:
КрАЗ-256Б 567 491 440 381 347 305 262 237 220 195 169
БелАЗ-540 1372 1194 1092 965 889 787 660 584 559 508 457
БелАЗ-548 Погрузчик ПК-15 с ав- 1627 1458 1356 1186 1085 949 848 780 712 644 576
тосамосвалом:
БелАЗ-540 1473 1295 1168 1041 940 813 686 610 584 508 457
БелАЗ-548 Экскаватор ЭКГ-4,6 с 1943 1714 1600 1409 1257 1143 991 876 838 724 648
автосамосвалом:
КрАЗ-256Б 462 396 356 310 277 244 211 185 178 152 138
БелАЗ-540 1446 1262 1157 1025 920 815 710 631 605 526 473
БелАЗ-548 1896 1698 1580 1382 1264 1146 988 908 869 720 672
Технико-экономические характеристики колесных погрузчиков
Типоразмер ПК-10 ПК-15
Вместимость ковша, мг...................... . . . 5 7,5
Мощность двигателя, кВт ........................ 268 402
Масса, т . . ................................... . 39,5 68,2
Цена, тыс. руб...................................... 78,8 118,3
Расчетно-балансовая стоимость (с учетом запчастей, заготовительно-складских и транспортных расходов —
k = 1,079), тыс. руб................................ 85 127,6
Стоимость комплекта шин (13,5 % от цены погрузчика), тыс. руб.................. . . ...... 10,6 16
Стоимость (без учета стоимости шин), тыс. руб. . . . 74,4 111,6
Общая норма амортизационных отчислений (на реновацию 10 X 1,3 = 13 %; на капитальный ремонт 6 %), 7о . - ..................................................... 19
Стоимость ТР и ТО, руб.......................... ... 4 6
Затраты на шины (при сроке службы 5000 ч), руб. 2,12 3,2
217
Стоимость Р и ТО (руб.)
Ср. о = Ю~3Шп - Дш) &рем. (6.33)
где Лрем = 0,8 от нормы на капремонт; Цп, Цш — расчетно-балансовые стоимости соответственно погрузчика и комплекта шин, руб.
Эксплуатационные расходы включают два вида затрат—постоянные (годовые), не зависящие от длительности работы оборудования в течение года и его загрузки (амортизационные отчисления), и переменные (часовые), зависящие от использования оборудования в течение смены. В связи с отсутствием норматива на погрузчики были приняты следующие нормы амортизационных отчислений: на полное восстановление (реновацию)— по данным для погрузчика механического, откорректирована с учетом использования оборудования на карьерах (13%); на капитальный ремонт — по данным на скреперы самоходные с ковшом вместимостью более 15 м3. К переменным затратам относятся заработная плата оператора, затраты на топливо, смазочные материалы, шины, а также стоимость содержания и ремонтов.
Исходные данные для расчета стоимостных параметров погрузчиков
Типоразмер ПК-Ю ПК-15
Переменные затраты, руб/ч: зарплата водителя........................ . 1,04
стоимость: топлива п смазочных материалов ... . . . 2,49 3,72
ремонтов .... ............... . . 4 6
затраты на шипы ...................... ... 2,12 3,2
Итого.................................... 9,65 13,96
Стоимостные параметры погрузчиков
Типоразмер ПК-Ю ПК-15
Капитальные затраты, тыс. руб..................... 85 127,6
Эксплуатационные затраты:
постоянные (годовые), тыс. руб. ....... 16,2 24,3
переменные, руб/машиио-ч...................... 9,65 13,96
Стоимостные параметры для экскаватора ЭКГ-5 приняты по данным Центрогипрошахта с соответствующей корректировкой капитальных затрат и постоянной части переменных расходов, исходя из новой цены экскаватора и измененной нормы амортизационных отчислений.
В капитальные затраты на автосамосвалы включены затраты на их приобретение, стоимость запасных частей, затраты на тару, упаковку, транспортные и заготовительно-складские расходы. Стоимость приобретения оборудования определена по действующим прейскурантам. В связи с изменением порядка применения норм амортизационных отчислений на полное восстановление автосамосвала и увязки их с величиной годового пробега в методику Центрогипрошахта были внесены соответ
218
ствующие изменения, после чего эксплуатационные расходы на единицу оборудования включили в себя:
переменные (часовые) расходы на один календарный час работы оборудования (сюда же отнесена заработная плата водителя с начислениями);
переменные расходы на 1000 км пробега (амортизационные отчисления на полное восстановление и капитальный ремонт автосамосвала, затраты на авторезину, топливо, смазочные материалы, а также стоимость ремонтов).
Результаты расчета удельных приведенных затрат были использованы при определении области эффективного применения погрузочно-транспортных комплексов мобильного и традиционного оборудования.
Анализ полученных данных показал, что эффективная область применения колесных погрузчиков, используемых как погрузочно-транспортное оборудование на карбонатных карьерах, ограничивается диапазоном мощностей грузопотока от 250 до 650 тыс. т в год и расстояниями транспортирования от 0,5 до 0,1 км, причем рациональной моделью является погрузчик ПК-Ю.
Колесные погрузчики в комплексе с автосамосвалами, используемые как погрузочное оборудование, имеют меньшие удельные затраты при следующих значениях годовой мощности грузопотока и расстояниях транспортирования соответственно: 250 тыс. т и свыше 0,5 км; 400 тыс. т и 0,3—3 км; 650 тыс. т и 0,1—3 км; 900 тыс. т и 0,1—1,9 км. В диапазоне расстояний 1,5—2,5 км рассматриваемый комплекс конкурентоспособен с комплексом традиционного горного и транспортного оборудования (экскаватор — автосамосвал). При мощности грузопотока свыше 1,4 млн т в год и больших расстояниях транспортирования экономически целесообразно применение традиционных комплексов оборудования.
6.4. РАЦИОНАЛЬНЫЕ КАЧЕСТВЕННОЕ СОЧЕТАНИЕ И КОЛИЧЕСТВЕННОЕ СООТНОШЕНИЕ ПОГРУЗОЧНОГО И ТРАНСПОРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ В КОМПЛЕКСАХ
Наибольшая производительность комплексов погрузочного и транспортного оборудования и, следовательно, снижение затрат практически могут быть достигнуты благодаря оптимальному качественному сочетанию и количественному соотношению карьерных погрузчиков и автосамосвалов.
Правильно установленное качественное сочетание погрузочного и транспортного оборудования обеспечивает выбор соответствующих конкретным горно-техническим условиям моделей погрузчиков и автосамосвалов с оптимальным соотношением грузоподъемности (вместимости кузова) автосамосвала и вместимости ковша погрузчика, а также других эксплуатационнотехнических параметров погрузчиков (рациональной высоты
219
разгрузки ковша, вылета кромки ковша при разгрузке, угла опрокидывания ковша при разгрузке и ширины ковша).
Рациональное количественное соотношение погрузочного и транспортного оборудования устанавливают путем определения числа автосамосвалов для работы погрузчика в качестве основного погрузочного средства при оптимальных параметрах комплектов этого оборудования, соответствующих минимуму удельных приведенных затрат. Требуемое число карьерных погрузчиков, необходимое для наиболее эффективной работы их в качестве погрузочно-транспортного оборудования, определяется числом погрузчиков установленного типоразмера в зависимости от объема погрузочно-транспортных работ и расстояния транспортирования.
С 1971 г. на многих горно-добывающих предприятиях цветной металлургии, горнохимической и угольной промышленностей СССР применяются большегрузные колесные строительные и (главным образом) карьерные погрузчики зарубежного производства номинальной грузоподъемностью 5,4; 7,48; 8,2; 15; 16,3 и 20,4 т, которые используются для погрузки руды в автосамосвалы или думпкары. Сочетание оборудования зависит от грузоподъемности каждой конкретной машины (табл. 6.11).
Таблица 6.11
Варианты сочетаний погрузочного и транспортного оборудования
В отечественной теории и практике до последнего времени считалось, что оптимальными значениями соотношения вместимостей кузова автосамосвала и ковша экскаватора можно пользоваться при выборе рациональных сочетаний моделей погрузчиков и автосамосвалов. Получить научно обоснованный ответ на этот вопрос, имеющий большое практическое значение, а также установить оптимальное количественное соотношение нового погрузочного и традиционного транспортного оборудования при применении карьерных погрузчиков в качестве
220
Рис. 6.3. График зависимости удельных приведенных затрат Зпр на погрузку и транспортирование горной массы, сооружение и поддержание автодорог с низшим (сплошные линии) и усовершенствованным (штриховые линии) типами покрытий от отношения грузоподъемностей автосамосвала q3 и погрузчика qn при грузоподъемности qn (т) и годовом объеме работ Qn (млн т) погрузчика соответственно:
1 — 6и0,3; 2 —10и0,8; 3 — 15 и 1; 4—10 и 1; 5 — 10 и 1.3; 5—10 и 1.6: 7—15 и 1.6; 3—15 и 2.5; 9—15 и 5
основного погрузочного оборудования позволяет следующая методика.
В соответствии с разработанной программой * решения задачи в процессе расчета на ЭВМ проводилась оптимизация по следующим параметрам: вместимость ковшей погрузчика £п и экскаватора Еэ и грузоподъемность автосамосвала qa. Каждое значение функции удельных приведенных затрат Зпр в выдаваемых ЭВМ результирующих таблицах соответствовало оптимальным для данных горно-технических условий сочетаниям и параметрам нового и традиционного погрузочного и транспортного оборудования.
Анализ результатов расчета на ЭВМ позволил установить следующее:
если оптимальное соотношение фактической массы горной породы в кузове груженого автосамосвала и ковше экскаватора изменяется в пределах от 4 до 6 при расстоянии транспортирования до 2 км, то для этих же условий оптимальное соотношение между фактической массой горной породы в кузове автосамосвала и ковше погрузчика находится в пределах от 2 до 4 (рис. 6.3). Это объясняется тем, что:
удельный вес затрат на приобретение и содержание экскаватора в комплексе «экскаватор — автосамосвалы» значительно выше удельного веса подобных затрат на погрузчик с одинаковой вместимостью ковша в комплекте «погрузчик — автосамосвалы». Поэтому при наиболее экономичной- работе комплекса «погрузчик — автосамосвалы» допустимая доля простоев погрузчика увеличивается по сравнению с долей простоев экскаватора, но уменьшается доля простоев автосамосвалов в ожидании погрузки. Простои автосамосвалов в ожидании погрузки
* Програма решения задачи на ЭВМ разработана канд. техн, наук О. И. Фейгельсон.
221
могут быть уменьшены без изменения их грузоподъемности за с|1ет. применения в комплекте погрузчика с ковшом, вместимость, которого больше, чем вместимость ковша экскаватора, т. е. за ейет уменьшения соотношения грузоподъемностей автосамосвала и погрузчика;
при одинаковой вместимости ковшей экскаватора и погрузчика продолжительность цикла последнего больше, поэтому при одинаковом, близком к оптимальному для конкретных условий, времени нахождения автосамосвала (определенной грузоподъемности) под погрузкой число циклов погрузчика меньше числа циклов экскаватора. Таким образом, для достижения оптимального времени и полноты загрузки автосамосвалов равной грузоподъемности необходимо применять погрузчик с ковшом большей, чем у экскаватора, вместимости, т. е. соотношение грузоподъемностей автосамосвала и погрузчика должно быть значительно меньше, чем подобное соотношение для автосамосвала и экскаватора. При одинаковых годовых объемах работ на карьере и моделях автосамосвала оптимальная вместимость ковша погрузчика, выдаваемая ЭВМ в результирующих таблицах, в 1,7—2,4 раза больше оптимальной вместимости ковша экскаватора. Следовательно, оптимальные значения соотношений вместимостей кузова автосамосвала и ковша погрузчика в 1,7-—2,4 раза меньше подобных значений для экскаватора.
Анализ данных расчета показывает, что с увеличением годового объема работ, выполняемого погрузчиками, наблюдается тенденция к уменьшению оптимального соотношения грузоподъемностей автосамосвала и погрузчика с 4 до 2, в основном, за счет более резкого роста оптимальной грузоподъемности погрузчиков по сравнению с грузоподъемностью автосамосвалов.
С улучшением качества дорожного покрытия и, следовательно, при увеличении скорости движения автосамосвалов данное соотношение также имеет тенденцию к уменьшению (см. рис. 6.3).
Оптимальные соотношения грузоподъемностей автосамосвала и погрузчика при щебеночном покрытии автодорог
Годовой объем погрузочных работ, млн т......1—2,5 2,5—4 > 4
Соотношение грузоподъемностей автосамосвала и по-
грузчика .... .. ......... 4 3 2
Вместе с тем анализ результатов убедительно показывает, что даже незначительное отклонение соотношения грузоподъемностей автосамосвала qa и погрузчика qn от оптимального значения приводит к существенному увеличению затрат. Например, рост удельных приведенных затрат составляет: для погрузчиков ПК,-10 грузоподъемностью 10 т, работающих на карьерах с годовым объемом работ 0,8 млн т, — более 5—19% при увеличении q&lqn от 2 до 3 и более 13—17 % при уменьшении г/а/cq, от 2 до 1; для погрузчиков ТО-21-1 грузоподъемностью 15 т, работающих на карьере с годовым объемом работ
222
3 млн т, — 6—14 % при увеличении q&lq^ от 3 до 5 и 17—21 °/о при уменьшении q&/qn от 3 до 1. Расчеты, выполненные авторами, показывают, что, например, в условиях открытых горных разработок Солнечного ГОКа увеличение отношения q&lqn от 2 до 4 при применении только одного погрузчика грузоподъемностью 5,4 т может обеспечить экономию до 5 тыс. руб. в год.
Таким образом, при выборе рациональных сочетаний моделей карьерных погрузчиков и автосамосвалов нельзя пользоваться установленными оптимальными значениями соотношения вместимостей кузова автосамосвала и ковша экскаватора.
Результаты выполненных исследований и обобщение первого опыта использования погрузчиков на карьерах позволяют рекомендовать оптимальные варианты комплектов погрузочного и транспортного оборудования из предлагаемого типоразмерного ряда карьерных погрузчиков, выпускаемых и запланированных к выпуску, а также из числа широко применяемых в нашей стране зарубежных карьерных погрузчиков и автосамосвалов (табл. 6.12). При этом учтено соответствие геометрических параметров погрузчиков (вылет, угол, высота разгрузки и ширина ковша) с погрузочным параметром (высота и ширина кузова) автомобильного транспорта.
Таблица 6.12
Оптимальные варианты комплектов отечественных (типа ПК) и американских карьерных погрузчиков и автосамосвалов
Годовой объем погрузочно-транспортных работ, млн. т Состав комплекта
Погрузчик (высота разгрузки ковша) Автосамосвал (наибольшая погрузочная высота кузова)
1—2,5 ПК-ю (4,2) ПК-15 (4,5) Катерпиллер 992С (4,34) Пейлоудер Н-400С (4,06) Мичиган 475В (4,17) Дарт D-600B * (4.7) ПК-25 (5,4) Дарт D-600B * (4,7) Мичиган 675 (4,52) ПК-25 (5,4) ПК-40 (7,0) Мичиган 675 (5,18) БелАЗ-548 (3,46)
2,5-4
4-5
> 5 БелАЗ-548 (3,46)
БелАЗ-549 (4,3)
* С удлиненной стрелой.
Обработка результатов расчетов с учетом нового качественного комплектования карьерных погрузчиков с автосамосва
223
лами грузоподъемностью от 12 до 75 т при расстоянии транспортирования по дорогам со щебеночным покрытием от 0,3 до 2 км позволила установить, что списочное число автосамосвалов N&, обслуживающих один погрузчик, зависит от заданного объема погрузочных работ, выполняемых им, и расстояния транспортирования автотранспортом. При этом для оперативного вычисления Na была получено следующее выражение:
7Va = 0,7QnLTP + 2,7, (6.34)
где Qn — годовой объем погрузочных работ, выполняемый одним погрузчиком, млн т; LTp — расстояние транспортирования автотранспортом, км.
Выражение (6.34) справедливо для оптимальных сочетаний моделей карьерных погрузчиков и автосамосвалов, приведенных в табл. 6.12, и объема погрузочных работ 0,8 Qn 5 млн т в год.
Математическая обработка полученного на ЭВМ списочного числа погрузчиков NB. т, используемых в качестве погрузочнотранспортного оборудования, в зависимости от годового объема погрузочно-транспортных работ, выполняемых погрузчиками, их номинальной грузоподъемности и расстояния транспортирования ими горной породы позволила получить следующее уравнение регрессии:
N„.т = l,33Qn. т - 0,06<7п + l,54Ln. т (6 = 0,908), (6.35)
где Qn. т — годовой объем погрузочно-транспортных работ, выполняемый погрузчиками, млн т; Ln. т — расстояние транспортирования погрузчиками в одном направлении, км.
Выражение (6.35) справедливо при следующих условиях: 0,2 -С Qn. т -С 5 млн т в год; 10 sC qB 25 т; 0,3 -С £п. т 'С 2 км — по дорогам с покрытием типа щебеночного; трехсменный режим работы.
6.5. ОБЛАСТИ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСОВ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА КАРБОНАТНЫХ КАРЬЕРАХ
Исследование областей рационального применения различных комплексов мобильного оборудования по сравнению с комплексами традиционного горного и транспортного оборудования производилось на основании выбора оптимальных типоразмеров и состава механизмов каждого комплекса горных и транспортных машин (см. 4.2; 6.2; 6.3) путем сравнения минимальных удельных приведенных затрат на 1 т добытого полезного ископаемого или удаленной вскрышной породы. В результате были установлены рациональные рыхлительно-скреперные (PC), рыхлительно-погрузочно-транспортные (РПТ) и рыхли-тельно-погрузочно-автомобильные (РПА) комплексы мобильного оборудования, определены области и границы их эффективного применения на карбонатных карьерах (табл. 6.13):
224
Таблица 6.13
Рациональные комплексы мобильного оборудования и границы их применения
Годо- Подготовка пород к выемке Выемка, погрузка и транспортирование Рациональные границы примене-
• Комплекс мо едкость грузо- потока, млн т Тнп рыхли** тельного оборудования Мощность базового трактора, кВт Тип выемочной машины Вместимость ковша, м3 Число выемочных машин Мощность трак-тора-тол-кача, кВт Грузе-подъем-ность авто-самосвала, т Число авто-само-сва-лов комплексов— расстояние транспортирования породы, км
:ро 0,65 12 15 1 252 314 0,5—0,7 0,7-1
0,9 ра: 252 3~ 12 252 0,1—0,2
д о 15 1-2 314 0,2-1,5
О) Е с5 Рч ф 19 2 398 1,5—2
Рч •л Рч Е Ф 12 252 0,1-0,3
О 6 д Л Е 1И СК 15 19 2-3 314 398 0,3-1 1-2
ч ф 1,9 Л ч 252—314 чао 15 2 314 — — 0,5
S ч к ю 19 2-4 398 0,5—1,5
X Е СХ 2,5 ч X Рч & 2 0,3
2—3
• Р ГЛ £ о о Н кЗ СО 21 »—< К ггБЕ? 3,3 398 24 2—4 497 0,3—1
4 30 2—8 620 0,1-3
Рыхли но-пог] но-тран ный (I 0,25 0,4 0,65 льдо-[РБА) погрузчик К) 0,1-0,5 0,1—0,3 <0,1
g Й 0,25 \о р 6 2 Д Ф 27 40 2 2-3 0,7-1,5 1,5-3,5
2 Д СП ” Л С5 0,4 ч е- Ф « 252 3 п с к 5 1 — 27 40 3 2-4 0,5-1 1-3,5
ь а й я Е ® ч о £ § 0,65 р а 2 Ф ч с 27 3 4-6 0,2—0,3 1-3,5
0,9 8,9 2-3
Примечание. В каждом комплексе по одному РА или РБА.
область применения комплексов PC на карьерах с мощностью грузопотока 650—2400 тыс. т в год ограничена интервалом расстояний транспортирования 0,5—1,8 км в зависимости от мощности грузопотока и типоразмера скрепера;
область применения комплексов РПТ ограничена мощностью грузопотока 250-—650 тыс. т в год, причем с ростом объемов работ от 250 до 650 тыс. т в год границы рационального применения сокращаются с 0,5 до 0,1 км;
15 К- Н. Трубецкой и др.
225
Рис. 6.4. Рациональные границы и области эффективного применения комплексов мобильного оборудования:
1—рыхлительно-погрузочно-транспортных; 2—рыхлителыю-погрузочио-автомобнльиых: 3— рыхлителыю-скреперных; 4 — рыхлительно-экскаваторно-автомобильных; 5—области конкурентоспособных значений
применение комплексов РПА экономически целесообразно на карьерах с мощностями грузопотока 250—900 тыс. т в год и при диапазоне расстояний 0,5—3,0 км.
Графическая интерпретация установленных рациональных областей и границ применения комплексов приведена на рис. 6.4.
Анализ полученных данных показывает, что при разработке рыхлых горных пород, не требующих предварительного механического рыхления, область рационального применения скреперных комплексов сужается на 12—17 %.
7. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
7.1. ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
И РЕМОНТА МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Технологические особенности мобильного оборудования (универсальность, способность совмещения операций технологического цикла и др.) обусловливают повышенные требования к надежности работы как всего агрегата, так и отдельных его узлов. При эксплуатации карьерных машин вследствие действия климатических и эксплуатационных факторов, значительных динамических нагрузок наблюдается износ (естественный и аварийный) деталей и сборочных единиц.
Естественный износ является неизбежным и появляется при нормальной эксплуатации машин, увеличиваясь по мере наработки в результате трения поверхностей сопряженных деталей, взаимодействия их с абразивной средой, коррозии металла и т. д. Аварийный износ возможен в результате нарушений правил эксплуатации и норм технического обслуживания и ремонта.
Исходя из этого, каждое горно-добывающее предприятие, эксплуатирующее мобильное оборудование, должно обеспечить высокий уровень технической готовности парка, предупреждать отказы машин в процессе эксплуатации, осуществляя систему планово-предупредительного технического обслуживания и ремонтов.
Организационно-технические мероприятия по обеспечению надежности машин в условиях эксплуатации разрабатываются и осуществляются в соответствии с требованиями к техническому состоянию машин и правилами безопасной эксплуатации, установленными Госгортехнадзором, а также в соответствии с действующими государственными и отраслевыми стандартами. При этом должны учитываться рекомендации, изложенные в эксплуатационной и ремонтной документации заводов-изготовителей (для зарубежных машин обязательными являются требования эксплуатационной и ремонтной документации фирм).
Система планово-предупредительного технического обслуживания и ремонтов машин основана на обязательном планировании, подготовке и проведении соответствующих видов технического обслуживания и ремонта каждой машины, находящейся в эксплуатации, с заданной последовательностью и периодичностью.
Техническое обслуживание, входя в общую систему плановопредупредительных ремонтов машин (ППР), предназначено для предупреждения повышенного износа и поддержания в
15*
227
работоспособном состоянии всех сборочных единиц и деталей путем систематической очистки их от грязи, смазки, немедленного устранения неисправностей и поломок, а также выполнения необходимых регулировок. Работы по техническому обслуживанию (ТО) являются профилактическими и должны выполняться в полном объеме в установленные планом сроки. Система ПНР включает ежесменное обслуживание (ЕО) и периодические технические обслуживания (ТО-1, ТО-2 и ТО-3).
ЕО выполняется перед началом, в течение или после рабочей смены. Перед выездом машинист путем внешнего осмотра должен проверить состояние основных сборочных единиц машины (двигателя, трансмиссии, рулевого механизма, тормозов, систем крепления рабочего органа и управления им), убедиться в отсутствии подтекания масла из картеров и емкостей, проверить давление в шинах и их состояние, проверить и при необходимости пополнить уровни масла в картере двигателя и охлаждающей жидкости в радиаторе, заправить топливные баки. Запустив двигатель, необходимо опробовать работу механизмов управления.
В течение смены, при остановках и в перерывах в работе рекомендуется контролировать отсутствие течи топлива, масла и рабочей жидкости, проверять на ощупь степень нагрева тормозов и ступиц колес, сборочных единиц трансмиссии и бака гидросистемы. После окончания работ машину следует очистить от грязи.
Все обнаруженные при осмотрах или во время работы неисправности, ослабленные крепления, течи топлива, масла, охлаждающей жидкости, электролита должны устраняться машинистом немедленно, не дожидаясь очередного технического обслуживания. При наличии сложных неисправностей или поломок, требующих квалифицированного специального ремонта, машинист обязан внести в бортовой журнал следующие данные: дату выхода из строя, фактическую наработку машины в моточасах, название неисправной сборочной единицы и детали.
Плановые технические обслуживания для конкретных машин могут различаться между собой периодичностью выполнения и составом работ. В этих случаях каждому виду планового технического обслуживания (в зависимости от последовательности проведения) присваивается порядковый номер, начиная с первого, например: ТО-1, ТО-2 и т. д.
Под периодичностью ТО понимается время в часах работы машины между двумя последовательно проводимыми техническими обслуживаниями одного вида.
При проведении периодического ТО необходимо выполнить все операции ЕО, а также предыдущих видов ТО (например, при проведении ТО-2 выполняют операции, регламентированные для ЕО и ТО-1).
В объем периодического ТО входят устранение всех замеченных неисправностей, замена или ремонт вышедших из строя
228
деталей, контроль крепежа и т. д. В соответствии с инструкцией по эксплуатации проводят регулировочные работы (по срокам наработки машины), а также смазку сборочных единиц, деталей и т. д.
При ремонте машин восстанавливают их исправность и работоспособность путем проведения работ, обеспечивающих устранение повреждений и отказов.
К плановым ремонтам машин относятся текущий (Т) и капитальный (К) ремонты. Текущий ремонт самоходной техники на базе мощных тягачей совпадает по периодичности с ТО-3, поэтому их проводят одновременно. Текущий ремонт должен обеспечивать гарантированную работоспособность машины до очередного планового ремонта путем восстановления и замены отдельных сборочных единиц (узлов) и деталей в объеме, определяемом техническим состоянием машины.
Виды технического обслуживания и ремонта и периодичность их проведения, а также состав и порядок выполнения работ по техническому обслуживанию и текущему ремонту указываются заводом-изготовителем в эксплуатационной документации для каждой модели машины.
Капитальный ремонт должен обеспечивать исправность и полный или близкий к полному ресурс машины путем восстановления и замены сборочных единиц (узлов) и деталей, включая базовые. Порядок проведения работ при капитальном ремонте, технические условия, требования к технологии и организации работ, а также к качеству отремонтированных машин регламентируются ремонтной документацией, утвержденной заводе м -изготовител ем.
7.2. ПЛАНИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
И РЕМОНТОВ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Годовые планы технического обслуживания и ремонта, а также месячные планы-графики разрабатываются службой главного механика горно-добывающего предприятия.
Годовым планом технического обслуживания и ремонтов определяется число плановых технических обслуживаний и ремонтов для каждой машины.
Исходными данными для разработки годового плана служат: данные о фактической наработке в часах на начало планируемого года со времени проведения соответствующего вида технического обслуживания, ремонта или с начала эксплуатации, составленные по определенным формам (прил. 1—3);
планируемая наработка машины на год в часах (определяется путем умножения планируемого числа часов рабочего времени машины в течение года на коэффициент внутрисмен-чого использования).
Число технических обслуживаний и ремонтов каждого вида, которые должны быть проведены в планируемом году для соответствующей машины,
229
Кто. <7J)
1 IT
где Нф — фактическая наработка машины на начало планируемого года со времени проведения последнего аналогичного расчетному вида технического обслуживания, ремонта или с начала эксплуатации, ч; Я,1Л — планируемая наработка на расчетный год, ч; Ти — периодичность выполнения соответствующего вида технического обслуживания или ремонта, по которому ведется расчет, ч; — число всех видов технических обслуживаний и ремонтов с периодичностью, большей периодичности того вида, по которому ведется расчет (при расчете сроков капитального ремонта Кп = 0).
Расчеты технических обслуживаний и ремонтов по формуле (7.1) должны производиться в следующей последовательности: капитальный ремонт, текущий ремонт, плановые технические обслуживания (ТО 3, ТО-2, ТО-1).
Фактическая наработка машины после соответствующего ремонта или технического обслуживания определяется разностью между общей наработкой машины на начало планируемого года и ее наработкой на день проведения соответствующего технического обслуживания или ремонта в году, предшествующем планируемому.
Наработка машин на начало планируемого года и со дня проведения соответствующего технического обслуживания или ремонта определяется по данным учета, проводимого для каждой машины (см. прил. 1—3), и показателей, регламентированных паспортом машины.
Порядковый номер месяца года, в котором должен проводиться капитальный ремонт машины,
= 12(ГкУ~~ф-к>-+ 1, (7.2)
п пл
где Тк.р — периодичность выполнения капитального ремонта, ч; Нф. к — наработка машины от предыдущего капитального ремонта или с начала эксплуатации (если капитальный ремонт не проводился) до начала планируемого года, ч.
Если при расчете по формуле (7.2) kM > 12, то капитальный ремонт машины в планируемом году не производится, а переносится на следующий год. Если в соответствии с расчетом по формуле (7.2) капитальный ремонт однотипных машин распределяется по месяцам неравномерно, то допускается корректировка годового плана путем перенесения планируемого ремонта в пределах ближайших месяцев, исходя из технического состояния каждой машины.
Месячным планом-графиком технического обслуживания и ремонта машин устанавливаются дата остановки на техническое обслуживание или ремонт каждой машины и продолжительность ее простоя в днях.
230
Порядковый номер рабочего дня остановки машины для проведения технического обслуживания или ремонта
Дто. р = + , , (7.3)
пл. м
где ka.p — число рабочих дней в планируемом месяце, определяемое по календарю с учетом установленного на предприятии режима работы; Нпл. м — планируемая наработка на расчетный месяц, ч.
Если при расчете по формуле (7.3) величина Дто. р окажется большей, чем число рабочих дней в планируемом месяце, то соответствующий вид технического обслуживания или ремонта в этом месяце не проводится.
Календарное число месяца, соответствующее началу технического обслуживания или ремонта, равно сумме числа рабочих дней в месяце, рассчитанного по формуле (7.3), и числа выходных дней (по календарю), приходящихся на установленное число рабочих дней.
При расчете порядкового рабочего дня остановки машины для проведения второго за месяц технического обслуживания того же вида периодичность его при подстановке в формулу (7.3) увеличивают в 2 раза, третьего — в 3 раза и т. д.
Если при определении времени постановки машин для технического обслуживания и ремонта окажется, что отдельные дни планируемого месяца загружены неравномерно, то в плане-графике допускается корректировка времени проведения технических обслуживаний и ремонтов в пределах одного — двух дней в сторону увеличения или уменьшения периодичности (табл. 7.1).
Текущий ремонт проводят, как правило, агрегатно-узловым методом, при котором неисправные сборочные единицы заменяют новыми или заранее отремонтированными к моменту остановки машины на ремонт.
Приемку машины после проведенных технического обслуживания и текущего ремонта осуществляют машинист и механик карьера (участка), за которым она закреплена. При приемке машины производят ее внешний осмотр и опробование на холостом ходу и под нагрузкой, после чего в Журнал технических обслуживаний и ремонтов (см. прил. 3), а также в Журнал учета работ по устранению неисправностей (см. прил. 2) заносят соответствующие данные об объеме выполненных работ. Ответственные лица, дающие и принимающие работу, должны при этом поставить свои подписи.
Капитальный ремонт машин и их сборочных единиц агрегатно-узловым методом проводится, как правило, централизованно на ремонтных и ремонтно-механических заводах в соответствии с требованиями, изложенными в ремонтной документации, утвержденной заводом-изготовителем.
231
Таблица 7.1
Периодичность, трудоемкость и продолжительность технических обслуживания и ремонтов мобильного
7.3. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ ЗАРУБЕЖНОГО МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
На отечественных карьерах и строительных работах в различных отраслях промышленности эксплуатируется значительный парк зарубежного оборудования, в том числе рыхлительно-бульдозерные агрегаты на тракторах мощностью до 510 кВт, колесные погрузчики с ковшами вместимостью 10,5—12,5 м3, самоходные скреперы с ковшами вместимостью до 26 м3. Данное оборудование, обладая большим запасом мощности, повышенной ремонтопригодностью и хорошими показателями по надежности и производительности, значительно отличается по конструкции и эксплуатационным свойствам от отечественного оборудования. Эти машины рассчитаны на длительный срок службы, поэтому большое значение имеют их правильные эксплуатация, техническое обслуживание и ремонты, от рациональной организации которых в значительной степени зависит эффективность работы оборудования.
Рекомендуемые фирмами-изготовителями данные по периодичности и принципам выполнения технических обслуживаний во многом отличаются от нормативов, предусмотренных инструкцией по проведению планово-предупредительных ремонтов аналогичных отечественных машин (табл. 7.2).
Таблица 7.2
Виды и периодичность техобслуживания машин фирмы «Катерпиллер» (США)
Вид технического обслуживания Периодичность проведения обслуживания, ч Ориентировочная трудоемкость проведения обслуживания, чел.-ч Вид технического обслуживания Периодичность проведения обслуживания, ч Ориентировочная трудоемкость проведения обслуживания, чел.-ч
ЕО 10 2 ТО-4 500 48
ТО-1 50 6 ТО-5 1000 96
ТО-2 100 16 ТО-6 2000 120
ТО-3 250 24
Примечания. 1. Независимо от количества наработанные мото-часов необходимо: очищать первичные и вторичные элементы воздухоочистителя; прочищать элементы топливного фильтра; проверять уровень жидкости в системе охлаждения; следить за работой компрессора. 2. Регулировку производить при необходимости.
Все виды технического обслуживания (от ЕО до ТО-6) начинают с визуального осмотра машины. При этом необходимо обратить внимание на наличие крепежных болтов в агрегатах и конструкциях машины, отсутствие утечек масла и охлаждающей жидкости. Затем осматривают двигатель (контроль утечек масла и топлива), место машиниста (проверка крепежа и исправности измерительных приборов), рабочий орган (ковш, режущую кромку, зубья, стойку и наконечник рыхлителя), колеса (отсутствие признаков утечки охлаждающей жидкости из
233
232
полостей колес), систему охлаждения (контроль утечек, износа шлангов и скоплений грязи), гидросистему (отсутствие утечек, износа или повреждений трубок), дифференциал, бортовые редукторы и коробку передач (нет ли протечек), шины (проверка давления, отсутствие порезов).
Процесс технического обслуживания рыхлительно-бульдозерного агрегата мощностью 302—330 кВт.
ЕО выполняют спустя 10 ч работы машины. При его проведении необходимо: очистить места смазки машины от пыли и грязи; проверить уровни масла в картерах дизеля (при работающем двигателе), пускового двигателя и коробки передач, конических шестерен и механизма упрарления муфтами поворота, уровень охлаждающей жидкости, прочность крепления узлов, агрегатов, различного навесного оборудования, а также крепление гаек и болтов, натяжение приводных ремней вентилятора и генератора (при необходимости отрегулировать их), фильтрующий элемент воздухоочистителя (при необходимости очистить), работу контрольных приборов; дозаправить топливный бак; смазать муфту включения главного фрикциона, подшипник среднего диска и хомут муфты включения главного фрикциона, кулачки осей ведущих колес, хомут муфты сцепления пускового двигателя, валики рычагов управления, катки тележек гусениц, подшипники натяжных колес, пружины буферной балки, нижний шарнир штока гидроцилиндра, пружины буферного щита и шарнирные болты, подшипники сочленений рыхлителя.
ТО-1 выполняется спустя 50 ч работы машины и включает все работы, предусмотренные ЕО. Кроме этого необходимо:
проверить натяжение гусениц (если нужно, отрегулировать их), зарядку аккумуляторной батареи и уровень электролита (при необходимости подзарядить батарею, а уровень электролита довести до нормы);
слить отстой из корпуса фильтра тонкой очистки топлива; промыть фильтры системы подкачки топлива.
ТО-2 выполняют спустя 100 ч работы машины. В него входят все работы, предусмотренные ЕО и ТО-1, а также:
замена масла в картере дизеля, фильтров тонкой очистки масла, масла в бортовых передачах, фильтрующих элементов трансмиссии (картеров коробки передач, конической пары шестерен, гидротрансформатора);
слив отстоя и осадка из топливного бака дизеля;
проверка уровня масла в бортовых передачах (при необходимости долить до нужного уровня);
смазка рычагов и тяг управления карбюратора, пускового двигателя и шестеренчатого валика, подшипников вентилятора и натяжного шкива.
ТО-3 выполняют спустя 250 ч работы машины. В него включены все работы, предусмотренные ЕО, ТО-1 и ТО-2, а также: замена фильтра тонкой очистки масла, масла в картере
234
пускового двигателя, фильтрующих элементов трансмиссии, магнитных фильтров;
промывка фильтров дизеля и трансмиссии;
проверка и, при необходимости, регулирование тормозов муфты поворота и натяжения ремня генератора;
смазка подшипников вентилятора и натяжного шкива, упора и шарнира упора поворота отвала;
промывка и смазка сетки сапунов основного и пускового двигателей и муфт поворота.
ТО-4 проводится спустя 500 ч работы машины и включает все операции, предусмотренные ЕО, ТО-1, ТО-2, ТО-3. Кроме этого необходимо:
заменить масло и фильтры в трансмиссии, гидротрансформаторе (если масло загустело и потемнело) и бортовых передачах, фильтры системы питания дизеля топливом и гидросистемы, резиновые подушки балансирной балки (если резина начала отслаиваться);
промыть бак дизельного топлива, фильтрующий элемент отстойника в системе питания пускового двигателя;
проверить и при необходимости отрегулировать карбюратор пускового двигателя, муфту сцепления пускового двигателя, ход рычага управления ведущей шестерни.
ТО-5, проводимое спустя 1000 ч работы машины, включает все работы по ЕО, ТО-1, ТО-2, ТО-3, а также:
замену масла и фильтров в трансмиссии (при нормальных условиях работы) и гидросистеме, масла в коробке передач пускового двигателя:
проверку уровня масла в кожухах пружин механизма натяжения гусениц;
проверку и, при необходимости, регулировку клапанов пускового двигателя, зазоров клапанов дизеля (на прогретом двигателе), а также зазора между контактами прерывателя магнето и электродами свечи зажигания, соединительного шарнира рыхлителя;
промывку в керосине крышки заливной горловины бака дизельного топлива и перепускного клапана радиатора;
смазку карданного шарнира.
ТО-6 выполняют спустя 2000 ч работы машины. В него включены все работы по ЕО, ТО-1, ТО-2, ТО-3, ТО-4 и ТО-5, а также:
проверка генератора и, при необходимости, замена изношенных деталей;
регулирование системы рычагов гидравлического управления;
смазка подшипников генератора, вала рычага переключения передач, оси тормозных педалей, рычагов управления муфт поворота, а также шарнирных опор и нарезки на штангах наклона отвала.
235
8. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В ИСПОЛЬЗОВАНИИ КОМПЛЕКСОВ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАЗРАБОТКАХ В СССР
8.1. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ЧЕРПАНИЮ КОЛЕСНЫМИ ПОГРУЗЧИКАМИ*
Правильное решение комплекса вопросов, связанных с выбором рациональной модели погрузчика и основных параметров процесса черпания горных пород, определением производительности и технологии работы погрузчиков, возможно на основе метода оценки сопротивления разрыхленных горных пород черпанию, т. е. путем установления зависимости средневзвешенного по продолжительности действия удельного сопротивления горных пород черпанию kB погрузчиками от главных структурных показателей разрабатываемых пород (коэффициента разрыхления горных пород в ковше погрузчика /еР. к и отношения ширины режущей кромки ковша к средневзвешенному линейному размеру среднего куска bK/dcv), их плотности у и основных параметров процесса черпания (глубины горизонтального внедрения ковша LBH, высоты черпания Нч, скорости подъема ковша v„ и коэффициента его наполнения /гн).
В 1974—1982 гг. по разработанной авторами методике были проведены комплексные исследования ** процесса черпания разрыхленных горных пород колесными погрузчиками для карьеров с различными условиями добычи руд, цветных металлов и минеральных удобрений с использованием колесных погрузчиков с ковшами вместимостью 4,6; 7,65; 8,41 и 9,2 м3.
Корреляционный анализ экспериментальных данных позволил впервые установить существрвание весьма устойчивых и достаточно тесных связей удельного сопротивления черпанию /гп(/7/см) колесными погрузчиками с рассмотренными выше факторами (табл. 8.1), обеспечивающими его достоверное определение.
Зависимости (8.1) — (8.28) справедливы при &р. к = 1,254-1,75, LBH = 1 4- 2,13 м, bk/dcp = 7,9 4- 66,2, у = 0,7 4- 3,1 т/м3, Нч = = 2,37 4-4,48 м, kK = 0,5 4- 1,25, ип = 0,34 4-0,78 м/с.
Анализ полученных уравнений регрессии (см. табл. 8.1) показывает, что с увеличением числа факторов, влияющих на средневзвешенное по продолжительности действия удельное сопротивление черпанию kB комбинированным способом, статистические характеристики значительно улучшаются — коэффициенты множественной корреляции (т] или 0) увеличиваются
* Написано совместно с Б. М. Максимовым.
** В исследованиях, помимо авторов, принимали участие на разных этапах Н. П. Полянский, А. Н. Домбровский, И. Е. Антонов.
236
Таблица 8.1
Уравнения регрессии, устанавливающие зависимость удельного сопротивления горных пород черпанию kB (Н/см) погрузчиками от основных, влияющих на него факторов
Способ чернаимя Уравнение регрессии № формулы Г, Г) или e
Комби- feB= 1010,4 —260.1/гр.к 8.1 0,59 1,48
нирован- feB = 867,1 — 285ЛР. к + 109,1 LBH 8.2 0,69 1,77
ный kB = 518,5 - 63,4/<p. к + 87,4/.BII + 1,9&к/(/ср 8.3 0,72 1,87
kB = 2911,3 — 905,8/ip. к + 146,5Z.BB — — 9,5dK/dcp — 342,4y 8.4 0,76 2,02
kB = 3043,7 — 910,2fep. K + 136,7£ви — — 9,86K/rfcp — 305y — 58,6/7 ч 8.5 0,78 2,1
kB = 3238 — 1024,6Лр. K + 120,5Z.BH — 116K/dCp — — 303,9y — 65,3//ч + 64/?„ 8.6 0,79 2,06
/гв = 3940,4 — 1076,1/г p. K + 82,2£BH — — 1 l,86K/dcp — 249,5y — 143,8H4 — 678,8o„ 8.7 0,89 3,59
kB max — 168,6Лр. K -f- 53,6£HH + 6,8bK/dCp + + 164,8y — 120,5 8.8 0,48 1,11
kB max = 29,1 + 163,7/ip. K + 43,7Z.BH + 6,46K/dcp + + 207y — 66,3//4 8.9 0,5 1,08
feB max — 1718,9 — 149/Sp. K — 5!),(j/.nH -(- 2,8PK/dcp + + 31 l,7y — 226,8ЯЧ - 1279,2on 8.10 0,65 1,34
max ~ 2014,2fep. K + 83,4LBH 39,95K/^cp "h + 368,Sy — 247,7//., — 563,9A„ — — 1597,5v„ — 1955,7 8.11 0,69 1,28
min=== 9206,4fep. к 4- 36,7ABH -J- 195dj</^cp 4" 4- 562,3? — 18 924,1 8.12 0,48 1,05
&b min — 10 945, l^p. к 4" 38,4£Вн 4“ 232,9bK/dCp 4~ + 716,6? — 126,3#4 — 22 250,5 8.13 0,63 1,25
mln = 7762,5fcp. K - 35LBH + 169,36K/dcp + + 554,9y - 147//4 4- 250,9fcH - 15 780,6 8.14 0,74 1,58
Экскава- kB = l,6bK/dcp — 156,8/Sp. K + 229,4/Л, - 122,6 8.15 0,71 1,54
ционный kB = 0,46K/dCp — 412,3fep. K + 288,6tf4 + + 205,3/?„ — 145,7 8.16 0,85 2,45
kB = 380 - 341,6fep. K + 0,7frK/rfcp + 189,8//4 + + 120,8/ги — 329,1у n 8.17 0,86 2,42
kB = 185,4ftp. K + 6,66K/dcp + 189,8//4 + + 120,8AH — 329,1 vn + 195,6y — 1109,5 8.18 0,89 2,6
^вгаах “ 191,5 + 122,6/^p. K 4- 9,l&K/dCp 4~ 109,3y 8.19 0,68 1,43
^в шах ” 142,3/gp. K 4- 9&K/dCp 4" 102,6y 4” 4- 116,6/74 — 320,8 8.20 0,69 1,31
kB max = Ю56.5 + 122,2fep.K + 5,8/>K/<ZCp - 72,9V + + I l,7tf4 - 363,6/гн 8.21 0,7 1,2
^b max 3715,5 4~ 186,5^p. 4~ 4,4&к/б?ср 151,8y — 375, \H4 — 694,6/?H — 1288,7vn 8.22 0,79 1,44
kB mln = Ю34.1 - 72,6/гр. K - 2,26^^ - 186y 8.23 0,55 1,1
237
Продолжение табл. 8.1
Способ черпания
Уравнение регрессии
№ формулы
Г. я или е
Экскавационный
ftB min — 497 51,9/гр. к 2,3/>K/dCK 193у ±
+ 122,2/7 ч
ftB min == 181,6 47,3ftp. к 1,6/>к/<7рр 152,9у ±
+ 146,2/7 ч + 83,3ftH
kB min = 254,3//ч — 65,3ftp. к — l,2/>K/rfcp — 130,8Y+ + 175,8ft п + 360,lvn — 561,5
8.24
1,1
8.26 0,66 0,95
Комбинированный
ftB = 2486,6 - 2244,8ftp. к + 659,7/£ к
8.27 0,66 1,68
Экскавационный
k„ = 10 692,8 — 13 027,8/г к + 4199,9ft; .. о р* к. р. л
8.28 0,71 1,69
от 0,69 до 0,89, а критерий Фишера — от 1,77 до 3,59. Таким образом, уравнение (8.7) представляет собой практически функциональную зависимость. Уравнение (8.18) является также практически функциональным для определения feB при экскавационном способе черпания. Это убедительно доказывается сравнением фактических величин удельного сопротивления черпанию погрузчиками разрыхленных горных пород различной кусковатости (от 60 до 550 мм) с расчетными величинами (табл. 8.2), полученными по формулам: (8.7) — для комбинированного способа черпания; (8.18) — для экскавационного. Относительное отклонение расчетных данных от фактических составляет в подавляющем большинстве случаев ±0,2 ± 0,3 % при наибольшем отклонении —1,6%, что свидетельствует о весьма высокой точности полученных расчетных зависимостей. Следовательно, уравнения (8.7) и (8.18) могут быть использованы в теории и практике с большой достоверностью.
При отсутствии данных по ряду влияющих факторов допустимо определение /гв по парным зависимостям (8.27), (8.28), а также по уравнениям множественной регрессии (8.2), (8.3), (8.15), (8.19) и (8.23), так как, исходя из величины корреляционного отношения г = 0,66 ±0,71 и коэффициента множественной корреляции 0 = 0,55 ± 0,72, тесноту полученных корреляционных связей можно считать достаточной для практических расчетов.
Графическая интерпретация зависимостей (8.27) и (8.28) представлена на рис. 8.1. Как видно из графика, при экскавационном способе черпания (кривая /) существует четкая область минимальных значений kB, соответствующая kv. к = = 1,5 ±1,62, а при комбинированном способе (кривая 2) ми-
238
Рис. 8.1. График зависимости коэффициента разрыхления горных пород в ковше £р.к погрузчика от удельного сопротивления черпанию kB при экскавационном (/) и комбинированном (2) способах черпания
нимум kB соответствует АР. к = 1,69-4-1,74, т. е. для рассматриваемых способов черпания минимум kR соответствует практически рациональной степени дробления горных пород для погрузчиков с ковшами вместимостью 8,41—9,2 м3.
Таблица 8.2
Фактические и расчетные данные по определению удельного сопротивления горных пород черпанию колесными погрузчиками
Способ черпания Крупность фракций, мм Удельное сопротивление черпанию feB, Н/см Относительное отклонение расчетных данных от фактических по средним значениям, %
фактическое расчетное по формулам (8.7) и (8.18)
Комбинированный 60—65 595—830 713 638-797 711 -0,3
160—200 561—653 604 559-632 603 —0,2
200-340 506-648 598 493-664 600 +0,3
500-550 502—630 564 515-610 555 -1,6
Экскавационный 60-65 713—798 762 711—791 764,5 +0,3
140—180 641—750 699 636-751 701 +0,3
280—340 556—699 625 577-668 626 +0,2
Примечание. В ’числителе—предельные значения, в знаменателе —средние значения.
Всесторонняя оценка зависимостей (8.1) —(8.28) позволяет сделать вывод, что по ним можно достаточно надежно прогнозировать величины kB, йв max И Ав min ДЛЯ КОмбИНИрОВаННОГО И экскавационного способов черпания карьерными погрузчиками разрыхленных горных пород с широким диапазоном структурно-прочностных показателей, плотности и основных параметров процесса черпания.
239
8.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И НОРМ ВЫРАБОТКИ КАРЬЕРНЫХ ПОГРУЗЧИКОВ С УЧЕТОМ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ЧЕРПАНИЮ*
До настоящего времени производительность погрузчиков определяли, учитывая основные факторы: вместимость ковша Еп, коэффициент его наполнения ka, продолжительность рабочего цикла Гц. п и коэффициент разрыхления горной массы в ковше йр. к. Однако позже установили, что при расчете текущей производительности черпания вместо kp. к целесообразно учитывать kB, так как этот показатель является обобщающим, характеризующим возможность разработки горных пород погрузчиками.
В связи с этим были проведены исследования, позволившие установить влияние основных факторов, в том числе kB, на продолжительность черпания t4 (составляющей 19,2—22,6 % от общего времени цикла) разрыхленных горных пород погрузчиками. На основании корреляционного анализа результатов исследований (табл. 8.3) можно сделать следующие выводы.
Показатели bK/dcp и -у [формулы (8.29) и (8.30)] не оказывают значительного влияния на величину t4 при комбинированном способе черпания. Вместе с тем, учет таких факторов, как v„, kH, а также kB (вместо kv. к) позволил получить практически функциональную зависимость времени черпания t4 от основных влияющих факторов [(8.33) при 0 = 0,88].
При экскавационном способе черпания у не влияет на величину /ч, тогда как ип существенно улучшает статистические показатели [см. (8.37)]. Учет высоты черпания Нч весьма незначительно повышает тесноту связи результирующего уравнения регрессии (8.38).
Таким образом, зависимости (8.31) — (8.34), (8.37) и (8.38) характеризуются сильной теснотой связи (0 > 0,7) и могут быть использованы при расчетах. Зависимости (8.29) — (8.34) справедливы при kB = 502 4- 653 Н/см, bK/dCP = 7,9 4- 22,9, у = — 2,8 4- 3,1 т/м3, fn = 0,38 — 0,64 м/с, Нч = 3,12 4- 4,3 м, kn = = 0,5 4-1,1, а зависимости (8.37) и (8.38) — при йв = 556 4-4-762 Н/см, 6к/г/ср = 13,3 4-66,2, у = 24-3,1 т/м3, цп — = 0,34 4- 0,52 м/с, Нч = 4,1 4- 4,55 м.
В результате исследований влияния kB и других основных факторов на текущую производительность машин (табл. 8.4) было установлено, что при экскавационном способе черпания можно нс учитывать Нч [см. (8.51)]. Полученные результирующие уравнения (8.42) — (8.46) и (8.50) — (8.52) обладают сильной теснотой связи, при этом зависимости (8.41) —(8.46) справедливы при kB = 502 4- 830 Н/см, 6к/г/ср = 7,9 4- 66,2, у = = 24-3,1 т/м3; = 0,38 4-0,64 м/с, Нч = 2,37 4- 4,3 м, kH —
= 0,5 4- 1,25, а зависимости (8.47)—(8.52) — при &в = 55б4-
* Написано совместно с Б. М. Максимовым.
240
Таблица 8.3
Ураанения регрессии, устанавливающие зависимость продолжительности черпания t4 (с) разрыхленных горных пород погрузчиками от основных, влияющих на нее, факторов
Способ черпания Уравнение регрессии № формулы 0
Комби- /„ = 2 + 0,01/г в — 0,04Z>K/rfcp 8.29 0,36 1,04
нирован- t4 = 0,011/ев — 0,16K/rfcp + 2,91уп — 5,64 8.30 0,41 1,03
ный t4 = 10,63 + 0,002/гв + 0,016K/rfcp + 1,65уп—16,77рп 8.31 0,85 3,00
t4 = 3,46 + 0,005/гв —0,02feK/rfcp + 1,6уп — 13,2оп + + 1,ПЯЧ t4 = 4,11 + 0,006/гв — 0,06feK/rfcp + 2,03уп — — 14,26гц + 1,14/7ч — 1,46/гн 8.32 8.33 0,87 3,05 3,15
t4 = 5 + 0,005/гв — 0,056K/rfcp + 1,68уп — 12,33гя + + 1,13/7 , — 1,56/гн + 0,21£вн 8.34 0,88 2,95
Экскава- t4 = 0,023Лв — 0,06feK/rfcp — 2,24 8.35 0,59 1,29
ционный t4 = 0,022/гв — 0,05feK/rfcp + 0,75уп — 3,76 8.36 1,19
/„ = 8,56 + 0,07/г„ + O.OlMrfcp + 2,26уп — 19гп 8.37 0,71 1,38
t4 = 0,002/гц + 0,02feKMcp + 2,27уя — 17,27гп + + 3,54/7„ — 4,21 8.38 0,73 1,31
Комбинированный /ч = 0,017/гв — 2,68 8.39 0,8 2,01
Экскавационный /„ = 0,02/гв — 1,24 8.40 0,6 1,51
4-762 Н/см, 6к/(/ср = 13,3 4-66,2, у = 24-3,1 т/м3, ап = = 0,34 4-0,52 м/с, //„ = 4,14-4,65 м, £н = 0,7 4- 1,1.
Изучение влияющих факторов позволило перейти к разработке методики определения производительности и норм выработки погрузчиков с учетом удельных сопротивлений черпанию горных пород погрузчиками при использовании их в качестве основного погрузочного оборудования на карьерах.
Сменная эксплуатационная производительность (м3) погрузчика при черпании без учета /гв определяется по формуле
Q .___ 36007*см&и-Т'п^н*/а
4 7ц. п<7а&р. к + ТцЛнУ/м ’
где Гем — продолжительность смены, ч; kK — коэффициент использования погрузчика в течение смены; Еп — геометрическая вместимость ковша погрузчика, м3; qa — грузоподъемность автосамосвала, т; Гц. ц — продолжительность рабочего цикла погрузчика, с; /м— продолжительность установки автосамосвала под погрузку, с.
(8.53)
16 К- н. Трубецкой и др.
241
Таблица 8.4
Уравнения регрессии, устанавливающие зависимость производительности (мгновенной) черпаиия <?ч (т/с) горной массы погрузчиками от основных, влияющих на нее, факторов
Способ черпания Уравнение регрессии № формулы r ИЛИ e &
Комби- Q4 = 0,0057B — 1,45 8.41 0,58 1,45
нирован- Q4 = 0,69 + 0,00087в + 0,02/>K/rfcp 8.42 0,79 2,5
ный Q4 = 4,5 + 0,00067B + 0,0057K/dcp — 1,19y 8.43 0,85 3,24
Q4 = 3,67 + 0,001 kB + 0,001/>K/rfcp — l,35y + l,74i)n 8.44 0,86 3,32
Q4 = 7,43 — 0,0017B + 0,005/>K/dcp— 0,45y— 0,97t»n— — 0,98/74 8.45 0,9 4,32
Q4 = 1,4 — 0,00067B + 0,017K/dcp + 0,2y + 1,8on — - 0,73Яч + 1,627H 8.46 0,96 9,09
Экскава- Q4 = 2,12 — 0,0027B 8.47 0,36 1,06
ционный Q4 = 2,86 — 0,0037,, + 0,017K/dcp 8.48 0,55 1,20
Q4 = 3,8 — 0,0027,, + 0,0036K/dcp — 0,46y 8.49 0,65 1,32
Q4 = 2,13 — 0,0001 7„ — 0,0057K/dcp —0,67y + 2,57t»n 8.50 0,75 1,58
Q4 = 1,8 — 0,00037,,—0,0057K/dcp — 0,67y + 2,62r„+ + 0,097/q 8.51 0,75 1,41
Q4 = 0,027K/dcp — 0,0017в + 0,61y + 3,25yn + + 1,23ЯЧ + 2,697„ - 9,31 8.52 0,9 2,79
Продолжительность рабочего цикла погрузчика
7’ц. П = к + 3,6 (£- + + /р, (8.54)
где LT и Ln — расстояния, преодолеваемые соответственно груженым и порожним погрузчиком, м; vr и vn — средние скорости движения соответственно груженого и порожнего погрузчика, км/ч; /р — продолжительность разгрузки ковша, с.
Используя полученные зависимости (8.39), (8.40) и (8.54), можно выразить функциональную зависимость между продолжительностью рабочего цикла 7’ц. п погрузчика и удельным сопротивлением черпанию kB. Тогда для комбинированного способа черпания
7’ц. „ = 0,017^в - 2,68 + 3,6 (Ь + .Ь.) + /р> (8.55)
для экскавационного —
7’ц. п = 0,02/гв - 1,24 + 3,6 (-^ + 44 + V (8.56)
\ иг ип /
В процессе исследований было доказано, что на производительность карьерных погрузчиков существенно влияют способ черпания взорванных горных пород, их кусковатость (средневзвешенный линейный размер среднего куска dcp) и плотность, а также удельное сопротивление черпанию.
242
Рис. 8.2. График зависимости эксплуатационной сменной производительности погрузчика Q4 с ковшом вместимостью «с шапкой» 7,65—9,2 м3 от удельного сопротивления горных пород черпанию kB комбинированным (7) и экскавационным (2) способами
При использовании карьерных погрузчиков на выемочно-погрузочных работах рекомендуется в производственной практике и при проектировании использовать коэффициент погрузки
, __ kn l,08rfCp + 0,004t>K
= ~k^ = l,92dCp — 0,0216K ’ 1.О.Ы)
После преобразований, используя зависимость (8.53), (8.55) — (8.57), получим формулу для практических расчетов сменной эксплуатационной производительности (м3) карьерных погрузчиков с ковшами вместимостью 7,5—10 м3:
q _______________36007смкдЕпдafen____________ (g ggj
рв — b + 3,6 ~ f p^j Я a + Enknyt и
где а и b — коэффициенты регрессии. При kB — 500 4- 800 Н/см для комбинированного способа черпания а = 0,17, 6 = 2,68, для экскавационного — а — 0,02, b — 1,24.
Обработка экспериментальных данных с использованием формулы (8.58) позволила получить график зависимости сменной эксплуатационной производительности погрузчиков с ковшом вместимостью «с шапкой» 7,65—9,2 м3 (для условий Центрального рудника ПО «Апатит») от удельного сопротивления черпанию комбинированным и экскавационным способами (рис. 8.2). По данным графика наибольшая производительность погрузчика при комбинированном способе черпания достигается при kB = 502 Н/см, экскавационном — при kB = 556 Н/см. Однако фактическая область применения погрузчиков в качестве основного оборудования весьма ограничена.
При исследованиях было принято, что предельное значение средневзвешенного линейного размера среднего куска составляет 320 мм. Определим kp. к при kB = 502 Н/см, обеспечивающем наибольшую производительность погрузчика:
к = 2,39 — 0,0014/гв= 1,69 (г = 0,63) (8.59)
при 500 «С kB «С 800.
Коэффициент kp. к можно также выразить через отношение ширины режущей кромки ковша к средневзвешенному линейному размеру среднего куска:
fep. к = 1,92 — 0,026K/t/cp. (8.60)
16*
243
Тогда
, 0,02feK 0,02-4121 „со _ „„„
ср 1,92 - fep.K — 1,92- 1,69 358,3 ~ 360 мм.
Таким' образом, использование kB позволяет более чем на 12 % увеличить предельное значение средневзвешенного линейного размера среднего куска и, следовательно, повысить производительность карьерных погрузчиков с ковшом вместимостью 7,65—9,2 м3.
Учет основных влияющих факторов в (8.58) позволяет по-новому подойти к разработке норм выработки на погрузку разрыхленных скальных пород карьерными погрузчиками и рекомендовать конкретные нормативы часовой технической производительности погрузчиков с ковшами вместимостью «с шапкой» от 7,5 до 10 м3 при работе с автосамосвалами БелАЗ-548 (табл. 8.5).
Выполненные исследования позволили обосновать условия эффективной погрузки разрыхленных пород карьерными погрузчиками, которые определяются основными параметрами процесса черпания погрузчиками грузоподъемностью 15—16,3 т: при комбинированном способе — &в = 520-3-550 Н/см, LBH — = 1,6 м, Нч — 4 м, Q4 — 1,55 т/с; при экскавационном — kB = = 580 -3- 610 Н/см, LBH = 2 м, Нч — 4,2 м и Q, = 1,25 т/с.
Метод оценки сопротивления разрыхленных горных пород черпанию позволил обосновать условия их эффективной погрузки колесными карьерными погрузчиками и рекомендовать этот новый для карьеров вид машин в качестве основного погрузочного оборудования для открытых горных работ.
8.3. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В ИСПОЛЬЗОВАНИИ КОМПЛЕКСОВ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Одним из наиболее перспективных направлений в совершенствовании технологий открытых горных работ является значительное расширение области применения высокопроизводительных комплексов мобильного оборудования, включающих мощные и сверхмощные рыхлительно-бульдозерные агрегаты, большегрузные колесные погрузчики, скреперы и бульдозеры, используемые при разработке месторождений с мягкими и крепкими породами, требующими предварительного механического и буровзрывного рыхления. Новые направления в применении комплексов мобильного оборудования возникают также в связи с решением проблем охраны, восстановления и формирования окружающей природной среды в горно-промышленных районах страны.
Эта техника благодаря высокой мобильности, маневренности, универсальности применения, небольшим линейным параметрам рабочего оборудования и габаритам обеспечивает не только большую концентрацию работ и меньшую металлоемкость обо-
244
Таблица 8.5
Техническая производительность карьерных погрузчиков грузоподъемностью 15—16,3 т (со сменными ковшами), работающих иа взорванных породах
Удельное сопротивление черпанию, Н/см Средний размер куска, мм Плотность горных пород, т/м3 Техническая производительность (м3/ч) погрузчика с ковшом вместимостью «с шапкой», м‘
7,5 9,1 10
500-600 100-200 2 2,5 3,1 365—440 350—420 335-400 430—515 410—490 390—460 475—585 455—555
200-350 2 2,5 3,1 320-365 310—350 300—335 380-430 365-410 350-390 415-475 400-415
350-550 2 2,5 3,1 300—320 295—310 280—300 360-380 345-365 330—350 390—415 375—400
600-700 100-200 2 2,5 3,1 355—430 340—410 325—390 415—505 400—480 380—450 465—570 440—540
200-350 2 2,5 3,1 310—340 (295—335) 300—340 (285—320) 290 -325 (275-310) 370—415 (350-395) 355—400 (335-380) 340—380 (320-360) 405—465 (385—440) 390—440 (370—420)
350-550 2 2,5 3,1 295-310 (275—295) 285—300 (270—285) 275-290 (260-275) 345—370 (330-350) 335-355 (315-335) 320—340 (305-320) 380-405 (360-385) 365—390 (345-370)
700—800 100—200 2 2,5 3,1 345—420 330—400 320—380 405—490 390—465 370—440 450—555 430—525
200—350 2 2,5 3,1 300—345 295-330 280—320 360—405 345—390 330—370 395-450 380—430
350—550 2 2,5 3,1 285—300 (270-285) 275—295 (260-275) 265—280 (250—265) 340—360 (320-335) 325-345 (305—325) 315—330 (295-310) 370—395 (350-370) 355—380 (335-355)
Примечание. В скобках —техническая производительность погрузчика при черпании нм горных пород экскавационным способом, без скобок—производительность при черпании комбинированным способом.
245
рудования на единицу мощности (производительности), но и позволяет осуществлять послойное рыхление, удаление и размещение разрабатываемых горных пород.
Создание сверхмощных колесных погрузчиков, скреперов и скреперных поездов с большими удельными усилиями черпания значительно расширило область применения комплексов мобильного оборудования. Они могут быть использованы при разработке не только мягких и хорошо разрыхленных крепких пород, но и пород, не подвергавшихся рыхлению, требующих удельного усилия копания до 1,2—1,4 кН на 1 см режущей кромки ковша, т. е. при разработке значительной части полезных ископаемых (бурых углей, фосфоритовых руд, песчано-гравийных залежей и др.), прослойков пород, вскрышных пород, представленных более крепкими отдельностями, или частично промерзших мягких вскрышных пород.
Применение комплексов мобильного оборудования особенно эффективно при разработке горизонтальных и наклонных пластообразных залежей осадочного и частично метаморфического происхождения, так как при этом: отсутствует необходимость в предварительном буровзрывном рыхлении полезного ископаемого и вскрышных пород; регулируются размеры кусков добываемого полезного ископаемого в соответствии с требованиями технологии погрузки и транспортирования; создается возможность селективной отработки уступов, пропластков и прослойков; обеспечивается поточность производства, так как весь технологический цикл (черпание — погрузка, транспортирование и складирование — отвалообразование) выполняется одним механизмом — скрепером или погрузчиком, работающим в качестве погрузочно-транспортного оборудования; создается возможность применения технологических схем, обеспечивающих восстановление и рекультивацию отработанных площадей, а также улучшение ландшафта при наименьших капитальных затратах и эксплуатационных расходах.
Пройдя стадию экспериментов и опытно-промышленных испытаний, все большее распространение в мировой практике открытых горных работ получает новый способ подготовки горной массы к погрузке и транспортированию — механическое рыхление массивов горных пород, которое особенно эффективно при разработке массивов, сложенных породами ниже средней и средней крепости, трещиноватыми, с ярко выраженной слоистостью.
Область применения и структурные особенности технологических схем открытых горных работ с использованием рыхлителей во многом определяются конкретными горно-техническими условиями разработки месторождений, а также типом горного и транспортного оборудования, применяемого на последующих погрузочно-транспортных операциях. Рыхлители могут эксплуатироваться в комплексе с экскаваторами, колесными погрузчиками, автомобильным транспортом, большегрузными самоход-
246
ными скреперами, а также в комбинации с грохотом-питателем, передвижным или самоходным дробильным агрегатом и конвейерным транспортом.
В технологических схемах горных работ с применением погрузчиков на выемочно-погрузочных операциях рыхлитель используется как комплексный агрегат, выполняющий рыхление и последующее штабелирование разрыхленного материала. При этом возможны следующие схемы: рыхление горизонтальными слоями и штабелирование, погрузка с одновременным передвижением погрузчика вдоль фронта горных работ; рыхление наклонными слоями, перемещение разрыхленного материала вниз по откосу в забой погрузчика, работающего при минимуме передвижений. В первом случае чаще используется автомобильный и железнодорожный транспорт, во втором — автомобильный, и, наконец, в обоих случаях применима циклично-поточная технология с использованием грохота-питателя, самоходных и по-лустационарных дробильных агрегатов. Рациональные размеры блока при этом составляют 30 X (45 4-60) м. С учетом тяжелых условий бульдозерования и значительного снижения производительности бульдозера при увеличении расстояния перемещения горной массы свыше 30—40 м длина рабочего хода рыхлителя в этих схемах составляет 20—40 м. Рыхлитель работает, как правило, без разворота, с обратным холостым ходом (челноковая схема). Совместно с рыхлительно-бульдо-зерными агрегатами на тракторах мощностью 199—385 кВт применяются колесные погрузчики с ковшами вместимостью 2,2—10,7 м3, которые используются как погрузочные или погрузочно-транспортные машины для перемещения горной массы от забоя до передвижных или полустационарных дробильных агрегатов.
В классификации систем открытой разработки месторождений, разработанной акад. Н. В. Мельниковым, система с применением колесных скреперов отнесена к специальной, что обусловлено технологическими и конструктивными особенностями этого оборудования. Использование большегрузных самоходных скреперов в наибольшей мере отвечает ведущим принципам механизации открытых горных работ. Скреперы как комбинированные машины обеспечивают поточность производства — непрерывность технологического цикла (выемки — погрузки, транспортирования и отвалообразования) при совмещении процессов, так как весь технологический цикл выполняется одним механизмом. Этим же обеспечивается независимость процессов.
В процессе эксплуатации технологический цикл скрепера включает в себя загрузку ковша в забое, транспортирование материала до места разгрузки, разгрузку ковша и возвращение скрепера в забой. Транспортный режим в груженом и порожняковом направлениях наиболее продолжительный (80—90 % от общего времени цикла). Время нахождения скрепера в пути
247
зависит от расстояния транспортирования, скорости передвижения, а также от параметров карьера и отвала.
Сравнительно небольшая глубина механического рыхления наиболее полно отвечает принципу дальнейшего процесса скреперования— послойного снятия материала. Учитывая, что усилие тягача в большинстве случаев оказывается недостаточным для преодоления сил сопротивления черпанию разрыхленной горной массы, перемещению призмы волочения и продвижению материала в ковш, погрузку скрепера осуществляют при помощи толкачей. Это позволяет обеспечить погрузку в трудных условиях, сократить путь и время наполнения ковша и, соответственно, повысить производительность скреперов. В ряде случаев в процессе подталкивания толкачом осуществляется и процесс рыхления. Размеры разрабатываемого блока комплексом «рыхлитель — скрепер» различны. Длина блока, равная длине прохода рыхлителя, может изменяться от 80 до 365 м, составляя в среднем около 120 м, а ширина — от 20 до 70 м, составляя в среднем около 40 м. В связи с ограничением по кусковатости (до 600 мм) расстояние между проходами рыхлителя, как правило, не более 1 м.
Технологические схемы с применением рыхлительно-скрепер-ных комплексов оборудования (PC) наиболее целесообразны на карьерах с производственной мощностью 0,6—2,5 млн т в год при расстоянии транспортирования от 0,5 до 2 км в зависимости от мощности грузопотока и типоразмера скрепера. При этом используются скреперы мощностью 305—700 кВт с ковшами вместимостью 15—29 м3, в том числе совместно с рыхлителями-толкачами мощностью 280—400 кВт.
Рыхлительно-погрузочно-автомобильные комплексы (РПА) экономически эффективны при мощности грузопотока 0,3— 1 млн т в год и диапазоне расстояний транспортирования 0,5—3 км.
Технологические схемы с применением рыхлительно-погру-зочно-транспортных комплексов (РПТ) целесообразны при мощности грузопотока 0,3—3 млн т в год, причем с ростом годовых объемов сокращаются границы их рационального применения: с 1 км при 0,7 млн т до 0,5 км при 1—3 млн т.
Вследствие значительного увеличения глубины действующих карьеров, существенного ограничения их размеров в плане на глубоких горизонтах ввода в эксплуатацию небольших геоген-ных и техногенных месторождений, необходимости улучшения экологической обстановки в карьерах потребуется в будущем применение соответствующих технологий и высокопроизводительного оборудования, имеющего малые линейные размеры. Всем этим требованиям удовлетворяют различные виды комплексов мобильного оборудования.
При анализе сырьевой базы месторождений полезных ископаемых и технологий работ на карьерах и складах в различных отраслях добывающей промышленности СССР было выявлено
248
более 3600 месторождений и складов, на которых перспективно применение комплексов мобильного оборудования.
Создание новых видов мобильной техники и формирование их в рациональные рыхлительно-скреперные, рыхлительно-по-грузочно-автомобильные, рыхлительно-погрузочно-транспортные и другие комплексы мобильного оборудования для карьеров Советского Союза с различными горно-техническими условиями способствует дальнейшему осуществлению программы интенсивного развития открытых горных и массовых земляных работ, комплексному освоению месторождений полезных ископаемых, улучшению экологической обстановки в горно-промышленных регионах страны.
При этом выбор и определение области рационального применения различных комплексов мобильного оборудования должны производиться на основе экономико-математического моделирования и использования ЭВМ в зависимости от физико-механических свойств и структурных показателей горных пород в массиве и разрыхленном состоянии, качества предварительной буровзрывной или механической подготовки скальных и полускальных горных пород для их последующей выемки, погрузки, транспортирования и складирования (отвалообразова-ния), годового объема погрузочных и погрузочно-транспортных работ, расстояния транспортирования, технологии работ и комплексности освоения месторождений, а также с учетом параметров работающего совместно с ними дробильного и традиционного горно-транспортного оборудования.
Благодаря способности основной машины комплекса мобильного оборудования осуществлять значительную часть технологических процессов (выемку — погрузку, транспортирование и складирование или отвалообразование) открытых горных работ производительность труда при использовании такого комплекса значительно выше, чем при эксплуатации экскаваторов совместно с транспортными средствами.
Широкое внедрение комплексов мобильного оборудования и соответствующих технологических схем разработки месторождений полезных ископаемых позволит повысить производительность труда и эффективность открытых горных работ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Беркут Б. А. Использование горно-транспортного оборудования на предприятиях «Северовостокзолото»//Колыма. 1987. № 7. С. 16—18.
2. Дзарданов А. С. Пути повышения эффективности работы фронтальных погрузчиков Н-400 С//Колыма. 1981. № 12. С. 11—13.
3. Залко А. И., Ронинсон Э. Г. Современные скреперы: [Обзорн. инф.]// Дорожные машины. — М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1983. Сер. 4.
4. Киргшщев В. А. и др. Эффективные способы заоткоскн уступов в рыхлых и скальных породах, повышающие производительность труда на
249
Жайремском ГОКе//Сб. тр./Всесоюз. н.-и. горио-металлург. ин-т//Цветная металлургия. 1980. № 35. С. 45—59.
5. Котровский М. Н., Клюев И. О. Технологические схемы использования погрузчиков для комплексного освоения месторождений//Матер. всесоюз. совещания по мобильной технике. — М.: ИПКОН, 1986.
6. Левин И. М., Панкевич Ю. Б., Шумейко В. Н. Внедрение новой технологии горных работ с применением элеваторных скреперов//Промышлеи-ность горно-химического сырья. — НИИТЭХИМ. 1980. № 4. С. 8—9.
7. Леонов Е. Р., Федоров Н. А. Опыт отработки приконтуриой зоны карьера с помощью новой технологии/ДДветная металлургия. — 1979. № 6. С. 48—50.
8. Нормы амортизационных отчислений по основным фондам народного хозяйства СССР п положение о порядке планирования, начисления и использования амортизационных отчислений в народном хозяйстве. — М.: Экономика, 1974.
9. Прейскуранты № 22-01, 19-02, 19-06, 04-02: Дополнения к ним. — М.: Прейскурант ГИЗ, 1977—1985.
10. Рекомендации по организации технического обслуживания и ремонта строительных машин. — М.: Стройиздат, 1978.
11. Ржевский В. В. Технология и комплексная механизация открытых горных работ.—М.: Недра, 1980.
12. Ржевский В. В. Задачи дальнейших исследований в области создания и применения новых видов мобильною оборудования на открытых раз-работках//Актуальные вопросы открытых разработок при комплексном освоении месторождений. — М.: Ротапринт ИПКОН АН СССР. 1986. Сб. 5—9.
13. Самойлов Ю. А., Леонов Е. Р„ Волошин А. Д. Мобильная техника на открытых горных разработках: [Обзорн. инф.]//Сер. Горнохимическая промышленность. — М.: НИИТЭХИМ, 1986.
14. Самойлов Ю. А., Леонов Е. Р., Волошин А. Д. Рекомендации по определению рациональной технологии добычных работ на карьерах ПО «Фосфорит»/Фонды ГИГХСа. — Люберцы, 1985.
15. Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разрезах/НИИОРГ. — М.: Недра, 1982.
16. Трубецкой К. И. Технология применения и параметры карьерных погрузчиков. — М.: Недра, 1985.
17. Трубецкой К. Н., Котровский М. Н., Клюев И. О. Рациональные технологические схемы с использованием карьерных погрузчиков//Горный журнал. 1984. № 6. С. 16—19.
18. Трубецкой К- Н. Комплексное освоение рудных месторождений при открытом способе подготовки//Изд. ВИНИТИ АН СССР. — М.: 1985. Т. 31.
19. Трубецкой К. Н. и др. Проблемы комплексного освоения Белоручей-ского месторождения//Горпыи журнал. 1988. № 4. С. 14—18.
20. Трубецкой К. Н., Максимов Б. М. Технология погрузки разрыхленных горных пород колесными карьерными погрузчиками. — М.: Ротапринт ИПКОН АН СССР, 1986.
21. Шлойдо Г. А., Голуб А. В., Орлов Б. М. Современные бульдозеры с рыхлителями на мощных тракторах и опыт их эксплуатации в условиях Севера. — М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1987.
22. Якобашвили О. П. Обобщение мирового опыта механического рыхления горных пород на единой физической основе//Актуальные вопросы теории открытых разработок. — М.: ИПКОН АН СССР, 1984. Сб. С. 132— 150.
23. Catterpillar performance handbook: Edition 17, Peoria. — Illinois, 1986.
24. Coal Mining and Process. 1985. N 6. P. 52—55.
25. Coal Mining. 1984. N 5. P. 25—30.
26. Performance handbook Fiat-Allis. 1986.
250
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ЖУРНАЛ
учета наработки
(наименование машины)
Заводской номер....... ...............................................
наименование предприятия, карьера, участка
В 19------ г.
Дата проведения контрольной проверки илн ремонта, ТО Наработка с начала эксплуатации, ч Отработано в часах с нарастающим итогом со времени проведения последних
сменного времени с учетом коэффициента времени илн по данным счетчика ТО-1 ТО-2 Т К
1 2 3 4 5 6 7
Примечание. 1. Учет наработки в графах 2 и 3 ведется нарастающим итогом с начала эксплуатации. 2. В графах 4—7 учитывается наработка машины в часах за период между проведенными техническими обслуживаннями и ремонтами одного вида с учетом коэффициента использования или по данным счетчика. После проведения очередного ТО, Т илн К учет наработки следует вести заново в соответствующей графе.
251
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Министерство, ведомство
Наименование предприятия
Ответственный за ведение журнала
Должность, Ф. И. О.
ЖУРНАЛ
учета работ по устранению неисправностей машин
за--- ----------------- месяц 19---г.
№ п/п Дата устранения неисправности Наименование и марка (индекс) машины Завод- -ской № машины Фактическая наработка машины : на день устранения ' неисправности ! с начала эксплуатации, 4 ' Наименование неисправной сборочной единицы или детали и характер проявления неисправности Режим работы н характер загрузки машины Причина появления неисправности и принятые меры по устранению Трудоемкость работ, чел.-ч Продолжительность работ, ч Ф. И. О. и подпись лица
устранявшего неисправность машины принявшего машину после неисправности
1 2 3 4 5 ! 6 7 : 8 9 10 И 12
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Министерство, ведомство
Наименование предприятия
Ответственный за ведение журнала
Должность, Ф. И. О,
ЖУРНАЛ
учета технических обслуживании и ремонтов машин, выполненных механической службой предприятия
№----------- за-------------------- месяц 19----г.
№ п/п Дата проведения работ Наименование и марка (индекс) машины Заводской № машины Фактическая наработка машины на день проведения ТО или ремонта с начала эксплуатации, ч Вид технического обслуживания или ремонта Трудоемкость работ, чел.-ч Продолжительность технического обслуживания или ремонтов, ч Перечень дополнительных работ по ТО или ремонту и замененных сборочных единиц и деталей Ф. и. о. и подпись лица, проводившего ТО, Т нли К Ф. И. О. и подпись лица, принявшего машину после ремонта
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
253
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие......................................................... 3
1. Особенности отдельных видов мобильного оборудования, составляющих комплексы........................................................ 5
1.). Общие сведения ................................................ 5
1.2. Рыхлительно-бульдозерные агрегаты .............................. 5
1.3. Колесные погрузчики.............................................21
1.4. Самоходные скреперы.............................................31
1.5. Колесные бульдозеры.............................................35
1.6. Общие принципы конструирования мобильного оборудования ... 37
2. Технология применения комплексов мобильного оборудования . . 48
2.1. Классификация технологических схем открытой разработки месторождений с применением комплексов мобильного оборудования .... 48 2.2. Области применения технологических схем открытой разработки месторождений с использованием комплексов мобильного оборудования цикличного действия ................................................ 48
2.3. Области применения комплексов мобильного оборудования прн циклично-поточной технологии открытой разработки месторождений ... 78
3. Применение комплексов мобильного оборудования при буровзрывном рыхлении горных пород ............................................ 83
3.1. Особенности применения комплексов мобильного оборудования при буровзрывном рыхлении............................................ 83
3.2. Качество и параметры буровзрывных работ.........................85
3.3. Рациональные схемы работы колесных погрузчиков в комплексе с автосамосвалами......................................................88
4. Применение комплексов мобильного оборудования при механическом рыхлении массивов горных пород ......... ..........94
4.1. Особенности применения комплексов мобильного оборудования при механическом рыхлении................................................94
4.2. Обоснование типоразмерного ряда рыхлительно-бульдозерных агрегатов и области их эффективного применения........................99
4.3. Экспресс-метолы выбора мощности трактора-рыхлителя и рациональной модели колесного погрузчика .................................... 116
4.4. Рациональные технологические схемы работы скреперных комплексов 121
5. Опыт применения технологии с использованием комплексов мобильного оборудования ................................................. 137
5.1. Методика и условия проведения экспериментальных работ .... 137
5.2. Исследование технико-эксплуатационных показателей мобильного оборудования и параметров технологических схем разработки с применением комплексов мобильного оборудования ................................ 139
5.3. Обобщение результатов экспериментальных исследований...........149
5.4. Применение комплегсов мобильного оборудования на карьерах . . 154
5.5. Селективная разрабстка месторождений сложного строения .... 173
5.6. Использование комплексов мобильного оборудования для отработки приконтурных зон карьера............................................189
5.7. Особенности технологии рекультивации, складирования и отвалообра-зования с применением комплексов мобильного оборудования .... 195
6. Рациональные границы и области применения комплексов мобильного оборудования . ................................................203
6.1. Методика расчета технико-экономических показателей комплексов мобильного оборудования .... ..............................203
254
6.2. Обоснование типоразмериого ряда и условий рационального применения скреперных комплексов........................................206
6.3. Определение технико-экономических показателен и условий рационального применения погрузочно-транспортных комплексов............212
6.4. Рациональные качественное сочетание и количественное соотношение погрузочного и транспортного оборудования в комплексах............219
6.5. Области рационального применения комплексов мобильного оборудования па карбонатных карьерах......................................224
7. Техническое обслуживание и ремонт мобильного оборудования . 227
7.1. Организация технического обслуживания н ремонта мобильного оборудования .........................................................227
7.2. Планирование технического обслуживания и ремонтов мобильного оборудования ..................................................... 229
7.3. Техническое обслуживание и ремонт зарубежного мобильного оборудования ............................................ . ............233
8. Перспективные направления в использовании комплексов мобильного оборудования иа открытых горных разработках в СССР.................236
8.1. Прогнозирование удельного сопротивления горных пород черпанию колесными погрузчиками.............................................236
8.2. Определение производительности и норм выработки карьерных погрузчиков с учетом удельного сопротивления горных пород черпанию . . 240
8.3. Перспективные направления в использовании комплексов мобильного оборудования ..................................................... 244
Список литературы................................................ 249
Приложения....................................................... 251
ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ (ПРАКТИЧЕСКОЕ) ИЗДАНИЕ
Трубецкой Климент Николаевич
Леонов Евгений Романович
Панкевич Юрий Борисович
КОМПЛЕКСЫ МОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ
Заведующий редакцией Е. Г. Вороновская
Редактор издательства И. В. Полянцева
Переплет художника Л. Э. Дятловой
Художественный редактор О. Н. Зайцева
Технические редакторы Л. А. Мурашова, Е. Н. Новикова
Корректор Э. А. Ляхова
ИБ № 7706
Сдано в набор 06.04.90. Подписано в печать 23.08.90. Формат 60 X90'/ie. Бумага типографская № 1. Гарнитура Литературная. Печать высокая. Усл. печ. л. 16,0. Уел. кр.-отт. 16.0. Уч.-изд. л. 16,72. Тираж 2200 экз. Заказ 485/2108-6. Цена 1 р. 20 к.
Ордена «Знак Почета» издательство «Недра»
125047, Москва, пл. Белорусского вокзала, 3
Набрано в Ленинградской типографии № 2 головном предприятии ордена Трудового Красного Знамени Ленинградского объединения «Техническая книга» им. Евгении Соколовой Государственного комитета СССР по печати. 198052, г. Ленинград, Л-52, Измайловский проспект, 29.
Отпечатано в Ленинградской типографии № 8 ордена Трудового Красного Знамени Ленинградского объединения «Техническая книга» им. Евгении Соколовой Государственного комитета СССР по печати. 190000, Ленинград, Прачечный переулок, 6.