CC BY
62
© Ю.П. Самородов, А.И. Шендеров, А.В. Баулин, С.А. Сушенкова, 2004
УДК 621.879.38
Ю.П. Самородов, А.И. Шендеров, А.В. Баулин,
С.А. Сушенкова
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДРАГЛАЙНОВ С ПРИЦЕЛЬНОЙ ПОГРУЗКОЙ В КОМБИНИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМАХ
Семинар № 13
снащение драглайнов устройствами для прицельной погрузки в транспортные средства позволяет существенно расширить их технологические возможности в улучшении параметров горных работ. Прежде всего это относится к драглайнам класса 600-900 т по рабочей массе типа ЭШ 11.70 и его модификации ЭШ 14.50 производства АО "НКМЗ", а также драглайну ЭШ 11.75 производства ОАО "Уралмаш".
Так, экскаватор 11.70П может использоваться:
• при технологических схемах с погрузкой экскавируемой горной массы в транспортные средства с возможностью увеличения высоты уступа до 30 м, при реконструкции рабочего борта и сдваивании уступов, отрабатываемых ранее одноковшовыми экскаваторами типа прямая лопата, при нарезке новых горизонтов, при необходимости черпания горной массы из-под воды и др.;
• для разработки высоких уступов (до 45-50 м) в два подуступа с погрузкой горной массы в транспортные средства;
• для вскрышных и добычных работ в технологических схемах с перевалкой вскрыши в выработанное пространство и погрузкой экс-кавируемого полезного ископаемого в транспортные средства.
• для вскрышных работ в технологических схемах с перевалкой вскрыши в выработанное пространство с горно-техни-ческими параметрами, соответствующими базовой машине ЭШ 11.70.
Отработка вскрышной толщи высокими уступами нижним черпанием с применением выемочно-погрузочных драглайнов обеспечивает целый ряд технических преимуществ по срав-
нению с традиционной технологией с использованием мехлопат, в том числе:
• увеличивается высота уступа с 10-15 до 25-30 м;
• увеличивается на 4-10 градусов угол откоса рабочего борта карьера, что позволяет снизить объемы горно-капитальных работ и текущий коэффициент вскрыши;
• уменьшаются размеры площадей, отторгаемых открытыми разработками;
• сокращается количество уступов и транспортных горизонтов на карьере, что приводит к уменьшению длины транспортных коммуникаций и дальности внутрикарьерного транспортирования горной массы, а также к уменьшению объемов работ по строительству и поддержанию в эксплуатации автодорог и железнодорожных путей;
• устраняет необходимость обустройства транспортных горизонтов в наиболее обводненной зоне карьера на почве пласта полезного ископаемого;
• растет производительность буровых станков за счет сокращения времени на переезды станка от скважины к скважине и уменьшения объема перебуров.
В качестве транспортных средств для работы в комплексе с указанными выше моделями драглайнов могут использоваться автосамосвалы грузоподъемностью 40-42 и 75-80 т и думпкары грузоподъемностью 105 т. Исходя из обеспечения наиболее благоприятного соотношения вместимости транспортного средства и ковша экскаватора, предпочтительным является применение автосамосвалов грузоподъемностью 75-80 т.
Проработки показали, что максимальный радиус черпания Кч.шах экскаватора ЭШ 11.70П
ограничивается величиной 64 м на уровне установки экскаватора и величиной Я^..^^ = 55 м на максимальной глубине черпания 30 м; радиус разгрузки в транспортные средства Яр.т со-ставлят 40-50 м; максимальный радиус разгрузки в отвал Яр = =64 м; максимальная высота разгрузки Нр.шах =
= 27,5 м.
Ширину площадки для разворота автосамосвала в зоне погрузки определяет радиус его поворота по крайней внешней точке крыла Яп а, равный для автосамосвала БелАЗ-7549 грузоподъемностью 80 т около 13 м, а также ширина автосамосвала Ша, равная 5,4 м.
Благодаря увеличению высоты уступа Ну до 30-45 м создается высокая концентрация горных работ. Площадь поперечного сечения заходки по целику при ее ширине 20 м составляет 600-900
м2. Таким образом, по сравнению с вариантом отработки вскрыши уступами высотой 15 м площадь забоя при той же ширине заходки увеличивается в 2-3 раза.
При разработке полускальных пород драглайн располагается на взорванной горной массе, а транспортные средства - на целике (рис. 1). Отработка развала ведется с оставлением подпорного буфера. Ширина заходки по целику и ширина подпорного буфера должны обеспечивать заданную ширину развала. Максимальная ширина развала должна соответствовать радиусу черпания Ячн на максимальной глубине черпания и составлять не более
^шах = Кч.н + Ьх - Ну ■ (1)
При Яч н = 55 м, расстоянии от оси движения экскаватора до верхней кромки откоса уступа Ьх = 7 м, высоте уступа Ну = 30 м, угле откоса уступа а = 80 величина Вшах = =56,7 м.
При разработке вскрыши уступами высотой до 30 мс погрузкой в автосамосвалы ширина рабочей площадки Шр.п и ее расчетные элементы определяются в зависимости от ширины развала горной массы на нижней площадке уступа Вн = В и исходных горно-технических параметров (см. рис. 1, нижний подуступ)
Шрп = В + Ъп + 7, (2)
где Ъп - расстояние от нижней кромки развала до полосы безопасности, м; 7 - ширина полосы безопасности, м.
Расстояние от верхней кромки подпорного буфера до крайней внешней точки крыла автосамосвала
Щ = Шрп-2Кп,-С4-Пэ -П - В6, (3) где Пэ - ширина полосы для размещения устройств электроснабжения, м; С4 - расстояние от автосамосвала до полосы электроснабжения, м; П - ширина полосы для размещения дополнительного
Рис. 1. Элементы технологической
схемы разработки вскрыши драглайном с прицельной погрузкой в автосамосвалы
оборудования, м; В6 - ширина подпорного бункера по низу, м.
Расстояние от оси движения автотранспорта до полосы безопасности
С3 = Шрп - В6 - П - Пэ - С1 - Т - 7, (4)
или
С3 = Яп.а + П1- 7, (5)
где Т - расстояние между осями автодорог, м; С! - расстояние от полосы электроснабжения до оси движения автотранспорта
С1 = 0,5Ша + С4 (6)
П = Шрп - 7 - С3 - т - С1 - пэ - В6 (7)
При Ну = 30 м, Ъп = 5 м, В = 45 м, угле откоса вскрышного уступа, отрабатываемого нижним черпанием, а = ан = 80 , угле устойчивого откоса уступа у = 70 , 7 = 5,6 м, Пэ = 6 м, В6 = В6 н = 13 м, Т = 10 м, С4 = 3 м имеем: Шрп = 55,6 м, Щ = 7,6 м, С3 = 15 м, С1 = 6 м, П = 0. Максимальное значение ширины рабочей площадки (67,3 м) будет иметь место при В = Вшах = 56,7 м.
При работе с погрузкой в железнодорожные составы ширина рабочей площадки рассчитывается из условия (2), а ширина полосы для размещения дополнительного оборудования из условия
П = Шр п - В6 - Пэ - Си - Е - С3.3 - г, (8)
где Си - расстояние от полосы для размещения устройств электро-снабжения до оси железнодорожного пути, м; Е - расстояние между осями железнодорожных путей, м; С3.3 - расстояние от оси железнодорожного пути до полосы безопасности, м.
Е = 2 С1Л + П2, (9)
где П2 - ширина площадки для прохода дополнительного оборудования между железнодорожными путями, м.
Значения параметров Ну, А, Ъп, а, у, 7, Пэ, В6 в разных горно-технических условиях могут быть приняты одинаковыми в схемах с автомобильным и железнодорожным транспортом. Неизменной остается и ширина рабочей площадки, определяемая условием (2). Приняв при железнодорожном транспорте величины Си = 2,5 м, С3.3 = 2,5 м, П2 = 6 м имеем: Е = 11 м, П = 15 м.
При высоте уступа 30 м, угле откоса уступа 800 и ширине рабочей площадки 55,6 м угол
откоса рабочего борта составит 26,20, что больше, чем в базовом варианте с высотой уступа 15 ми шириной рабочей площадки 49 м на 100.
Значительного увеличения мощности вскрыши, отрабатываемой одним экскаватором с прицельной погрузкой, можно достигнуть за счет разделения уступа на подуступы (см. рис. 1). Высота нижнего поду ступа Нпн, сложенного породами, требующими взрывного рыхления, может быть принята равной максимальной глубине черпания экскаватора ЭШ 11.70П (30 м), а высота верхнего поду ступа Нпв = 15 м, исходя из равенства ее величине 0,55 Нршах.
Графические построения и расчеты показали, что отработка верхнего и нижнего подус-тупов может вестись с одной линии движения драглайна. При работе экскаватора в комплексе с автотранспортом установка автосамосвала под погрузку является различной в зависимости от того, откуда производится черпание горной массы: с нижнего или верхнего подус-тупов. Это связано с тем, чтобы избежать прохождения стрелы драглайна над кабиной автосамосвала при повороте на разгрузку. При черпании с нижнего подуступа подача автосамосвалов под погрузку производится по схеме, показанной на рис. 1, а при черпании с верхнего подуступа - по схеме, предусматривающей разворот автосамосвала при подъезде к драглайну и затем его подачу задним ходом под погрузку.
Расчетные размеры элементов рабочей площадки между подуступами определяются в зависимости от максимального радиуса черпания К драглайна на уровне верхней кромки подпорного буфера верхнего подуступа. Ширина рабочей площадки
Шр.П1 = Яч - Ъх - Нд^^о.^ (10)
где ав - угол откоса верхнего подуступа, град.
Значения величин Пь С3, Сь П рассчитываются по формулам (3, 4, 5, 6, 7) при Шрп = Шр.п1 В6 = В6в. Минимальное расстояние от нижней бровки развала верхнего подуступа до верхней кромки откоса нижнего подуступа Сп = Шрп1 - Вв, (11)
где Вв - ширина развала горной массы после взрыва на верхнем подуступе, м.
При К = 64 м, Ъх = 7 м, Нп в = 15 м, ав = 800, В6.в = 8 м, 7= 5,6 м, Яп.а = 13 м, Ша = 6 м, Т = 10 м, Пэ = 6 м, Вв = 35 м имеем следующие
расчетные размеры элементов рабочей площадки: Шр п1 = 54,4 м, П1 = 11,4 м, С! = 6 м, С3 = 18,8 м, П = 0, Сп = 19,4 м.
Ширина площадки Сп имеет резерв в случае выполаживания откоса подпорного буфера. В размерах других элементов рабочей площадки между подуступами (величины П1, С3) также имеется некоторый резерв, что связано с меньшей шириной подпорного буфера на верхнем поду ступе.
Расчетные значения ширины рабочей площадки, определенные исходя из параметров развала горной массы на нижнем подуступе (условие 2) и максимального радиуса черпания на верхнем подуступе (условие 10), близки друг к другу (например, соответственно 55,6 и
54,4 м при принятых исходных данных).
Таким образом, в рассмотренных схемах условиями, определяющими ширину рабочей площадки, являются параметры развала горной массы нижнего подуступа и размеры предохранительных берм (Ъп, 7). На транспортной площадке имеются резервы в размерах отдельных ее элементов, которые зависят от параметров транспортных средств и подпорного буфера у верхнего подуступа.
Характерными могут быть условия, когда верхний подуступ сложен мягкими породами (наносами), а нижний породами, требующими взрывного рыхления. В этом случае ширина рабочей площадки Шрп1 между верхним и нижним подуступами и размеры ее элементов П1, С3, С!, П определяются соответственно по формулам (10, 3, 5, 6, 7), приняв В6 = В6 в.
Ширина площадки Сп = Шрп1 - А. (12)
При Яч = 64 м, Ъх = 7 м, Нп в = 15 м, ав = 600, 7 = 5,6 м, С3 = 3 м, Пэ = = 6 м, П = 0, Т = 10 м, А = 20 м имеем следующие расчетные параметры: Шрп1 = 48 м, Щ = 13 м, С3 = 20,4
м, С! = 6 м, П = 0, Сп = 28 м. В величинах П1 и С3 имеются резервы. За счет их уменьшения путем смещения автодорог в сторону нижнего подуступа может быть оставлена полоса П для размещения дополнительного оборудования шириной, например, 6 м (при П1 = 7 м, С3 =
14,4 м).
Перспективным является применение выемочно-погрузочных драглайнов типа ЭШ 11.70 П для отработки наносов и проведения траншей с погрузкой в транспортные средства в процессе производства горно-
подготовительных работ.
Применение выемочно-погрузочного драглайна типа ЭШ 11.70П может быть эффективно в комбинированных технологических схемах с перевалкой вскрыши в выработанное пространство и погрузкой вскрытого полезного ископаемого в транспортные средства. В зависимости от горно-технических условий, и прежде всего мощности вскрыши и мощности полезного ископаемого, могут быть реализованы схемы:
с непосредственной перевалкой вскрыши в выработанное пространство и установкой драглайна при проводимых им вскрышных и добычных работах на верхней площадке разрабатываемого вскрышного уступа;
с непосредственной перевалкой вскрыши в выработанное пространство и установкой драглайна при проводимых им вскрышных и добычных работах на промежуточной площадке вскрышного уступа, разрабатываемого нижним и верхним черпанием;
с кратной перевалкой вскрыши в выработанное пространство с установкой драглайна на промежуточной площадке уступа, разрабатываемого в два подуступа, и с выходом драглайна на предотвал (рис. 2).
В первой из рассматриваемых схем с учетом возможной мощности вскрыши и мощности залежи в качестве исходных переменных данных принимается соотношение между высотами вскрышного (Ну) и добычного (Ии ) уступов
Ии = 1/3 (Ии + Ну) (13)
Исходя из заданной высоты вскрышного уступа по известной формуле определяется высота отвала
Н0 = (АНуКр + 0,25А2 ^ р0)/ А, (14)
где А - ширина отвальной (вскрышной) заходки, м; Кр - коэффициент разрыхления породы в отвале; ро - угол откоса отвала, град.
Из следующего уравнения подбором находится высота вскрышного уступа Ну.
Яр = Н0^р0 + а + Ии. ^аи + а + Нус^ав +
+С + 0,5 Шх, (15)
где Яр - радиус разгрузки драглайна, м; аи -угол откоса добычного уступа, град.; ав - угол откоса вскрышного уступа, град.; а - расстояние от нижней бровки добычного уступа до отвала, м; а - ширина бермы на добычном уступе, м; С - ширина бермы безопасности при установке драглайна на вскрышном уступе, м; Шх -ширина хода драглайна (13,7 м).
Приняв в качестве исходных данных при А = 15 м, Кр = 1,15, р0 = 370, аи = 650, С = 3 м (породы вскрыши II категории по трудности экскавации) получаем следующие расчетные значения элементов технологической схемы: Ну = 15 м, Ии = 6 м, Н0 = 20 м, Б= 26,5 м.
Увеличение мощности вскрыши, отрабатываемой с непосредственной перевалкой в выра-
Рис. 2. Элементы технологической схемы разработки с кратной перевалкой вскрыши в выработанное пространство и с погрузкой полезного ископаемого в автосамосвалы
ботанное пространство, можно достигнуть путем выемки вскрышного уступа с разделением на два подуступа и установкой драглайна на промежуточной площадке уступа.
Высота отвала рассчитывается по формуле (14). Соответствие принятых параметров схемы радиусу разгрузки драглайна проверяется по формуле
Яр = Н0^р0 + а + Ии . ^аи + Нп н . С® ав +
+С + 0,5ШХ, (16)
где Нп н - высота нижнего подуступа, отрабатываемого нижним черпанием.
Расчеты показали, что при принятых исходных данных мощность вскрыши, разрабатываемой по рассматриваемой схеме, может составить до 20 м при разделении вскрышного уступа на два подуступа высотой по 10 м при Ии = 3 м, (1 = 2 м, а = 2 м, ав = 45 и высотой 15 м (нижний подуступ) и 5 м (верхний) при Ии = 6 м, 1 = 1,5 м, а = 1 м, ав= 55 . В обоих вариантах высота отвала Но = 26 м, величина Б = 34,5 м.
Максимальное увеличение мощности вскрыши, разрабатываемой драглайном с перевалкой в выработанное пространство при погрузке этим же экскаватором полезного ископаемого в транспортные средства, можно достигнуть путем применения усложненной технологической схемы с выходом драглайна на предотвал (см. рис. 2). Размеры элементов технологической схемы устанавливаются на основе следующих положений.
Высота отвала Н0 рассчитывается по формуле (14).
Превышение высоты отвала над горизонтом установки драглайна (над верхней площадкой предотвала)
Но1 = Н0 - (Нп н + Ь_)
Ширина выемки между откосом отвала и верхней кромкой откоса предотвала
шв = Яртах - Но1 е1ёР0 - С - 0,5 Шх Глубина выемки шириной Шв Н0 2= 0,5 Шв ^ Рс
Ширина предотвала Шп = а + Ии ^ аИ + а + Нп н ^ ав
Поперечная площадь предотвала Бп состоит из двух частей: нижней непереэкскавируемой части 8ПН и верхней переэкскавируемой части
Б™
йп = 8П.Н + Б пп
8 п н = А (Нп н+Ии - Но2) - 0,25 А2 Ре 8 п.п = [Шп+ Шв - 0,5НП В (^ aв+ctg Р0)] Нп н -- 0,5 ШВН02+ [ а + 0,5Ии (ctg аИ + ^ Р0)] Ии
Высота верхнего подуступа (верхнего черпания), обеспечивающая образование предотвала
Нп, = Бп / Кр / А
Исходя из этого условия подбором устанавливается разделение уступа на поду ступы. Расчеты показали, что для отработки по рассматриваемой схеме вскрыши мощностью 30 ми залежи мощностью 3 м при принятых размерах исходных элементов (а = 2 м, ав = 450, а = 2 м) высота подуступа, отрабатываемого верхним черпанием, обеспечивающая образование предотвала, должна составлять 18 м.
Драглайн, располагаясь на верхней площадке нижнего подуступа, за счет отработки верхнего подуступа образует предотвал. Затем драглайн перемещается на предотвал и отрабатывает нижним черпанием с перемещением в отвал переэкскавируемую часть предотвала и нижний вскрышной подуступ. С этой же позиции он может экскавировать полезное ископаемое с погрузкой в транспортные средства. Расчетные значения других элементов технологической схемы составляют: Н0 = 37,5 м, Но1 = 22,5 м, Шв =20 м, Но2 = 7,5 м, Шп = 17,5 м, Б = 50 м, Бп = 310 м2, 8П Н = 70 м2. Ширина площадки между откосами верхнего и нижнего подус-
тупов, на которой производится погрузка автосамосвалов, зависит от расстояния, на которое происходит смещение драглайна в сторону откоса верхнего подуступа при его отработке.
Таким образом, параметры выемочнопогрузочного драглайна типа ЭШ 11.70 П с прицельной погрузкой открывают широкие возможности для его применения в разнообразных условиях эксплуатации. Дополнительное повышение высоты уступов достигается путем отработки их с разделением на подусту-пы. При этом в транспортных схемах целесообразно максимально использовать эффект нижнего черпания. В комбинированных технологических схемах с перевалкой вскрыши в выработанное пространство и погрузкой полезного ископаемого в транспортные средства высота нижнего подуступа может составлять 0,4-0,5 максимальной глубины черпания драглайна и дальнейшее увеличение мощности вскрыши следует производить за счет использования верхнего черпания.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------------------------
Самородов Юрий Петрович - профессор, доктор технических наук, ННЦ ГП - Институт горного дела им. А.А. Скочинского.
Шендеров Авраам Исаакович - действительный член АГН, кандидат технических наук, зав. лабораторией, ННЦ ГП - Институт горного дела им. А.А. Скочинского.
Баулин Анатолий Васильевич - инженер, АО "Эльзауголь".
Сушенкова Светлана Александровна - инженер, ННЦ ГП - Институт горного дела им. А.А. Скочинского.
------------------------------------------ © В.Е. Миренков, В.А. Шутов,
2004
УДК 622.831+539.3
В.Е. Миренков, В.А. Шутов
МЕТОД РАСЧЕТА НАПРЯЖЕНИЙ ОКОЛО ОСЛАБЛЕНИЙ В МАССИВЕ ПОРОД
Семинар № 13
ТГ аличие численных методов расчета сооружений еще не может служить достаточным основанием для суждения о поведении массива пород с выработками. Только
описание конструкций, допускающее теоретический анализ, может служить для выявления качественно новых возможностей деформиро-
