Интенсификация процесса укладки вскрышных пород в отвал на карьерах Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

--© С.Г. Молотилов, О.Б. Кортелев,

В.К. Норри, А.Н. Александров, 2006

УДК 622.271.001.5

С.Г. Молотилов, О.Б. Кортелев, В.К. Норри, А.Н. Александров

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА УКЛАДКИ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД В ОТВАЛ НА КАРЬЕРАХ

Семинар № 12

ТУ настоящее время при открытом

Jj способе добычи полезных ископаемых на породных отвалах наибольшее распространение получил бульдозерный способ перемещения под откос вскрыши, выгружаемой автосамосвалами на площадку отвального яруса. Объем бульдозерных работ зависит от многих факторов, в том числе и от грузоподъемности автосамосвала. Так при грузоподъемности 180 т высота навала достигает 2,7-3 м, что значительно превышает высоту лемеха как существующих, так и перспективных бульдозеров. Экспериментальными исследованиями установлено, что при сталкивании таких навалов горной породы производительность даже самых мощных бульдозеров снижается до 40 %. Кроме того, вследствие работы бульдозера с боковым набором породы, возникает повышенный односторонний износ ходовой части трактора.

В ИГД СО РАН разработан способ от-валообразования, основанный на применении вибрационного отвалообразователя [1] и исключающий указанные выше недостатки. Сущность способа заключается в следующем. Укладка породы в отвал (рис. 1) производится с помощью вибрационного отвалообразователя 1, состоящего из виброплощадки 2, установленной под углом наклона 10-15° на металлической раме 3, опирающейся на салазки из полых труб 4.

Отвалообразователь размещается на берме 5, создаваемой по длине отвального фронта. Ширина бермы и высота выемки определяются габаритами отвалообразо-

вателя. Разгрузка породы из автосамосвалов производится непосредственно на виброплощадку отвалообразователя, к раме которой прикрепляется откидной упорный башмак 6. С виброплощадки 2 горная масса вибропитателями 7 перемещается под откос отвального яруса.

Объем полосы отсыпки породы с одной стоянки отвалообразователя определяется высотой отвального яруса, длиной разгрузочной консоли виброплощадки, шириной движущегося потока породы и силой его напора. Передвигается отвало-образователь вдоль фронта работ с помощью бульдозера 8. Вслед за передвижением отвалообра-зователя производятся планировка бермы и засыпка выемки на ширину отвальной заходки для подготовки обратного прохода отвалообразо-вателя. Схема отвалообразования показана на рис. 1, а.

Ранее проведенные промышленные испытания экспериментального образца вибрационного отвалообразователя и технологической схемы его применения на разрезе «Краснобродский» ОАО ХК «Куз-бассразрезуголь» показали, что данная конструкция отвалообразователя может надежно работать с автосамосвалами Бе-лАЗ-548 и БелАЗ-549.

Для большегрузных автосамосвалов требуется создание вибрационных отвало-образователей с большими габаритами и производительностью [1]. В связи с применением на погрузке большегрузных автосамосвалов мощных экскаваторов, конструкция вибрационного отвалообразователя

должна выдерживать большие динамические нагрузки, возникающие при падении на рабочий орган куска породы крупностью 2 м и более.

Этим требованиям удовлетворяет предложенный ИГД СО РАН отвальный перегружатель [2], который состоит из следующих основных узлов (рис. 2): рабочей площадки (рабочего органа) 2, узла привода 3, демпфирующих опор 4, рамы 5 с бортами 6 и задней стенкой 7.

Рабочая площадка выполняется из уложенных в один слой жестких стержней, например рельсов 8. Использование рельсов в качестве жестких стержней гарантирует надежность работы рабочей площадки, так как рельсовая сталь обладает повышенной прочностью к ударным нагрузкам и повышенной износостойкостью. Между рельсами прокладываются изолированные элементы 9, (деревянные брусья), что позволяет избежать просыпания под рабочую площадку мелкой фракции породы. Устанавливается площадка под углом 15-25° к горизонту на демпфирующих опорах, смонтированных на раме. По ширине она делится на секции, каждая из которых имеет свой узел привода. Секционирование обеспечивает снижение трудоемкости изготовления и монтажа отвального перегружателя 1.

Установка рабочей площадки под углом к горизонту позволяет перемещать породу в

Рис. 1. Схема применения вибрационного отвалообразователя на автосамосвалах: а - общий вид, б -организация работ. Ост. поясн. в тексте

отвал при минимальных расходах энергии и, несмотря на большие динамические нагрузки, обеспечивает ей надежную работоспособность.

Для перемещения отвального перегру-жателя по отвалу он снабжается комплектом съемных рельсов 11. Рама опирается на полозья 10 и имеет элементы присоединения к бульдозеру-тягачу.

Параметры вибрационных отвалообра-зователей должны удовлетворять следующим условиям:

• ширина рабочего органа - В > 1,3 Ь;

• длина рабочего органа - Ь > Вб ;

• геометрическая емкость - Еотв >

,УЯ

Qтех > отв —

техническая

60Уау .

Г" ;

производительность

где Ь - ширина кузова автосамосвала, м; Вб - ширина бермы безопасности отвального яруса, м; f араз - коэффициент разрыхления породы в кузове автосамосвала; Уа - объем породы в кузове автосамосвала (фактическая емкость автосамосвала), м3; у - объемный

вес породы, т/м разгрузки

.3.

Г -

раз

автосамо-

продолжительность свала, мин.

Сменная эксплуатационная производительность отвалообразователя QCMв может быть выражена формулой: УТК

0 см _

отв

Кн

м3/см

(1)

а

Рис. 2. Принципиальная конструкция отвального перегружателя: а - продольный разрез, б - поперечное сечение I-I

где Уст - объем породы, отсыпаемой с одной стоянки отвалообразователя, определяется из выражения:

(В ■ Б1па + Н -СГав)Н ■ Б 3

V™ -.. / , } я , *3 (2)

а ■ /роз

где а - угол откоса яруса отвала, град; Ня - высота яруса, м; в - угол развала породы, отсыпаемой по откосу отвального яруса, град; Б - мощность свеженасыпанного слоя породы, м; /рсв - коэффициент разрыхления породы в слое; Тсм - продолжительность смены, мин; Кис - коэффициент, учитывающий использование отвалообразователя в течение смены; t - продолжи-

ц

тельность технологического цикла укладки породы в отвал с помощью отвалообра-зователя.

t,, = t„,

V t

ст зо ' Va

, мин.

(3)

где tmр - время перехода отвалообразователя на новую стоянку, мин; tзо - время занятия места разгрузки автосамосвалов у отвалообразователя, мин; Уа - фактическая емкость автосамосвала, м3; Кн - коэффициент неравно-мерности грузопотока.

К =

Qnp

QCp

(4)

где Qпр - интенсивность грузопотока,

преобладающая в течение смены, м3/час; Qcр - среднечасовая интенсивность грузопотока, м3 /час.

С целью определения факторов, оказывающих наибольшее влияние на пропускную способность автоотвала, выполнен конкретный расчет сменной производительности вибрационного отвалообразова-

теля при разных типах автосамосвалов. Расчет выполнен для высоты отвального яруса Ня = 10 + 100 м и продолжительности перехода отвалообразователя на новую стоянку ?тр = 10 ^ 120 мин. При этом

были учтены следующие фактические параметры: угол откоса яруса а = 400; средняя мощность слоя породы Б = 2,5 м, угол развала слоя в = 800; коэффициент разрыхления породы в слое /рт = 1,35; продолжительность смены Тсм = 480 мин; коэффициент использования отвалообразователя в течение смены (Кис = 0,93).

Параметры оборудования, используемого на укладке породы в отвал, приведены в таблице.

Техническая производительность отва-лообразователя должна быть больше возможного объема породы, зависящего от скорости разгрузки автосамосвала. Достигается она за счет изменения количества секций по длине площадки и ее параметров.

Установлено [3], что основными технологическими факторами, оказывающими влияние на производительность вибрационного отвалообразователя ротв являются: высота отвального яруса

Рис. 3. -Зависимость сменной производительности отвалообразователя Омотв от высоты отвального яруса Н: 1(1'), 2(2'), З(З'), 4(4') — соответственно при БелАЗ-548(40 т), БелАЗ-549 (75 т), БелАЗ-7519 (110 т), БелАЗ-75213 (180 т); 1, 2,3, 4 - при tnep = 120 мин; 1', 2', 3', 4' - при tnep = 20 мин

Ня, время перехода отвалообразователя на новую стоянку ^ер и фактическая емкость автосамосвала Уа. Графики зависимостей величины QT от этих факторов представлены на рис. 3 и 4.

Из рис. 3 видно, что при увеличении высоты отвального яруса Ня возрастают: объем породы, отсыпаемый с одной стоянки отвалообразователя Уст, и продолжительность технологического цикла t„. Наибольший прирост производительности QT достигается при изменении высоты Ня от 10 до 60 м (высоты отвальных ярусов на действующих разрезах Кузбасса).

При Ня = 60-110 м темпы роста производительности QT значительно снижаются (в 2,5-25 раз). Возрастание ширины бермы безопасности Вб в этом случае предопределяет увеличение длины рабочего органа отвалообразователя и снижение его технической производительности.

Существенно увеличивает производительность отвалообразователя QT (рис.

4, а) уменьшение времени перехода отвалообразователя на новую стоянку. При этом наибольший прирост производительности QT достигается при применении мощных автосамосвалов на отвалах с малой высотой ярусов.

Сокращение времени перехода отвалообразователя на новую стоянку ^ер может быть достигнуто за счет совмещения во времени работы отвалообразователя на укладке породы в отвал с планировкой бермы. За счет этого время его перемещения на новую стоянку может быть уменьшено до 20-25 мин. Дальнейшее сокращение ир может быть обеспечено за счет оснащения отвалообразователя автономным

Параметры отвалообразователя и автосамосвала

Типы автосамосвалов

ров оборудования БелАЗ-548 БелАЗ-549 БелАЗ-7519 БелАЗ-521

Отвалообразователи

Ширина В, м 5,0 7,0 7,9 9,9

Геометрическая емкость Еотв, м3 25 45 67 109

Техническая производительность, Qome, т/час 3400 5400 7200 8900

Автосамосвалы

Ширина кузова Ь, м 3,8 5,4 6,1 7,6

Объем породы в кузове Уа, м3 17 31 46 75

Время занятия автосамосвалом разгрузочного места у отвалообразователя 1зо, мин. 1,9 2,2 2,5 3,0

Рис. 4. Зависимость сменной производительности отвалообразо-вателя Осмотв от времени передвижки его на новую стоянку tni!p

(а) и емкости автосамосвала Уа

(б): 1(1'), 2(2'), 3(3'), 4(4') - соответственно Н = 20, 40, 60, 100 м; а - 1, 2, 3, 4 - при БелАЗ-548 (40 т), 1', 2', 3', 4' - при БелАЗ-75213 (180 т); б -1, 2, 3, 4 - при tnep = 120 мин; 1', 2', 3', 4' — при tnep = 20 мин

ходом.

С позиции увеличения пропускной способности отвала, применение самоходного отвалообразователя наиболее эффективно при мощных автосамосвалах и малых высотах яруса, т.е тогда, когда значительно увеличивается число передвижек отвалообразователя.

На рис. 4, б показано, что при увеличении фактической емкости автосамосвалов возрастает объем породы, отсыпаемой с одной стоянки отвалообразователя Уст (за счет увеличения его ширины В) и сокращается продолжительность технологического цикла ^ (за счет применения отва-лообразователей с большей технической производительностью QTZ). В результате темпы роста производительности QTTBe

при применении автосамосвалов большой грузоподъемности снижаются незначительно.

Для получения большего эффекта от применения мощных автосамосвалов необходимо уменьшить время перехода отвало-образователя на новую стоянку до 25 мин и увеличить высоту яруса Ня до 40-60 м. Теоретические и экспериментальные исследования, проектно-конс-трукторские разработки и промышленные испытания доказали возможность создания новой техники передвижных и самоходных отвалообразовате-лей, применение которых обеспечивает увеличение пропускной способности отвалов, снижение стоимости отвалообразования, повышение безопасности работ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Молотилов С.Г., Васильев Е.И., Кортелев О.Б., Норри В.К. и др. Интенсификация погрузочно-транспортных работ на карьерах. Новосибирск: Издательство СО РАН, 2000, - 208 с.

2. Патент на П.М. Отвальный перегружатель для автосамосвалов /М.В. Курленя, С.Г. Молоти-

лов, В.К. Норри, В.Н. Власов // Открытие. Изобретено 2000. - №2.

3. Молотилов С.Г., Кортелев О.Б., Норри В.К. Новая технология формирования породных отвалов // Изв. ВУЗов. Горный журнал. - 2002. - №1. -С. 47-51.

— Коротко об авторах -

Кортелев О.Б. - доктор технических наук, главный научный сотрудник Института горного дела СО РАН,

Молотилов С.Г. - инженер, старший научный сотрудник Института горного дела СО РАН, Норри В.К. - инженер, старший научный сотрудник Института горного дела СО РАН, Александров А.Н. - младший научный сотрудник Института горного дела СО РАН.

-© II. И. Копач, 20061