CC BY
85
ГЕОТЕХНОЛОГИЯ
УДК 622.271.4
Е.В. Курехин
ВЫЕМКА МАЛОМОЩНЫХ ПЛАСТОВ ГИДРАВЛИЧЕСКИМИ ЭКСКАВАТОРАМИ ЗАРУБЕЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА
В Кузбассе за последнее десятилетие при открытом способе разработки угольных месторождений внедряется высокопроизводительная техника зарубежного производства. Её внедрение напрямую связано с разработкой угленасыщенных зон карьерных полей разрезов. Дело в том, что угленасыщенные зоны представлены свитами (до 2-10) угольных пластов, часто залегание которых осложнено пликативными и
дизъюктивными нарушениями.
В общем объёме горной массы угленасыщенные зоны составляет 72-84 % на месторождениях центра Кузбасса и около 70 % на месторождениях севера и юга бассейна.
Вся сложность их разработки заключается в раздельной выемки угля и породы, при наличии пластов угля различной мощности от 1-2 до 30-40 м в одной свите [1].
Свиты, в основном, представлены пластами маломощными и средней мощности. Более 80 % всех запасов угля сосредоточены в пластах мощностью до 10 м. В маломощных пластах, мощность которых не превышает 3-5 м, сосредоточено 40-50 % всех запасов угля.
^гласно исследованиям
КФ НИИОГР [1] наиболее адаптированными для ведения добычных работ в рассматриваемых условиях являются обратные гидравлические лопаты. При их применении уровень потерь угля при выемке пластов малой и средней мощности минимальный. По этой причине наибольшее применение при
разработке сложноструктурных залежей нашли обратные гидравлические лопаты, позво-
ляющие раздельно вынимать в угленасыщенной зоне вскрышную породу и полезное ископаемое.
В настоящее время на разрезах бассейна рабочий парк гидравлических экскаваторов зарубежного производства представлен моделями: Caterpillar, Liebherr, Volvo и Terex
имеющие вместимость ковша от 1,5 до 20 м3, причём с вместимостью ковша до 5 м3 - более 10 единиц, а эксплуатационная производительность при разработке взорванных пород достигает 100-900 м3/час.
С появлением гидравлических экскаваторов появилась возможность разрабатывать угольные пласты мощностью от 1 м и более.
Эта задача является акту-
обратной гидравлической лопатой
4
Е.В. Курехин
R4 (при НцВлтек)
^------------------►
Рис. 2. Схема к определению технической высоты нижнего уступа при работе обратной гидролопаты
альной для разрезов Кузбасса. Техническая возможность их выемки обратными гидравлическими лопатами с вместимостью ковша 1,5-7,0 м3 показана на рис. 1.
Согласно этой схеме отработка сложного породоугольного забоя производится с попеременной выемкой сначала породы, а затем угля. Экскаватор располагается на породном массиве на фланге проходимой траншеи и поэтому устойчивость откоса забоя достаточна и экскаватор может работать с максимальной глубиной копания.
При установке экскаватора на откосе породного уступа (породной или угольной насыпи) глубина черпания будет меньше максимальной, поскольку необходим учет устойчивости откоса.
В этом случае для конкретной модели экскаватора в инженерных расчётах предлагается более простой графический метод определения рабочей глубины черпания, чем довольно сложный аналитический предложенный в работе [1].
Схема предложенного графического метода показана на рис. 2.
На схеме приняты следующие обозначения: Нч.В.таХ -максимальная высота верхнего черпания, м; Яч (при Нч.в.тах) -радиус черпания при максимальной высоте черпания, м; Яч.тах - максимальный радиус черпания на уровне оси пяты (параметр Ипс), м; Яч.у - радиус черпания на уровне стояния экскаватора, м; Нч.тах - максимальная паспортная глубина черпания, м; Яч2 - радиус черпания при максимальной глубине черпания (пересечение луча, проведенного из т.О под углом 60° к горизонту, с траекторией движения режущей кромки
зубьев ковша в т.2 [1]), м; 1ПС -положение оси пяты относительно оси вращения экскаватора, м; Во - положение оси вращения экскаватора относитель-
но верхней бровки откоса уступа (т. 4), м; ЬП - ширина призмы возможного обрушения, м;
Яч.тт - минимальный радиус черпания на горизонте установки экскаватора, м; ф - рабочий угол откоса уступа, град; аУ -устойчивый угол откоса уступа, град; НЧл (Ну) - рабочая глубина черпания экскаватора (высота подуступа), м; Ячл - необходимый радиус копания при высоте подуступа (НУ), м.
По предлагаемой схеме по т. 3-1-Ь-2 строится рабочий участок траектории движения зубьев ковша.
Затем от верхней бровки откоса уступа (т.4) проводится линия его откоса под углом ф.
Точка пересечения этой линии / с траекторией движения режущей кромки зубьев ковша определит рабочую глубину черпания (Нч) или, высоту что тоже самое нижнего подуступа (НУ).
Опыт работы ряда разрезов центрального Кузбасса показал, что выемка маломощных пластов обратными гидравличе-
скими лопатами экономически оправдана.
Для планирования ведения горных работ (месячного, квартального, годового) необходимо достаточно точно прогнозировать производительность обратной гидравлической лопаты.
С этой целью на разрезах Кузбасса проведены экспериментальные наблюдения за работой экскаваторов Caterpillar (£=1,5 м3), Volvo (£=2,5 м3), Liebherr (£=8,0 м3), Terex (£=10,7 м3), где Е - вместимость ковша экскаватора, м3.
Разрабатываемые развалы породы представлены песчаниками, алевролитами и аргиллитами. Высота уступа составляла 3-5 м. Экскаваторы располагались на верхней площадке уступа, работали нижним черпанием, разгрузка породы производилась в автосамосвалы, установленные ниже уровня стояния.
Одновременно с хронометрированием времени цикла и измерением угла поворота экскаватора на разгрузку (ft) (использовался паспорт забоя с фиксацией конкретного места
Продолжительность цикла, с
Продолжительность операций цикла экскаватора Экспериментальные данные Расчётные*
черпание породы в забое, Ч 6,1-6,3 6,2
поворот экскаватора на разгрузку, П.р 4,0-7,5 7,4
разгрузка породы, ір 3,0-5,0 3,0
поворот экскаватора обратно в забой, іп.з 4,0-7,5 7,5
цикл экскаватора, Тц 17,2-26,3 24,1
повороте экскаватора на разгрузку /=90°, а экспериметальные данные
*Расчёты произведены при угле соответствуют /=45-120°.
установки автосамосвала) осуществлялось измерением планометрическим методом среднего диаметра куска породы в развале dСp [2].
Как известно продолжительность цикла (Тц) экскаватора равна, с,
тц = Хч +tп.р +tп.з +tР,(1) где Хч - продолжителность черпания, с; Хп.р - продолжител-ность поворота экскаватора на разгрузку, с; Хп.з - продолжи-телность поворота экскаватора от точки разгрузки в забой, с; Хр
- продолжителность разгрузки, с.
Установлена взаимосвязь между временем черпания (Хч), с учётом среднего диаметра куска взорванной породы ^ср), и вместимостью ковша экскаватора (Е), с,
Хч = 4,0 ■ d057 +1,7 ■ Е024 (2)
По замерам продолжительность поворота (Пр) экскаватора на разгрузку равна продолжительности поворота в забой,
т.е П.р=п.з.
Время поворота на разгрузку равно:
гПр = 0,115 ■ в0’84 ■ Е0’15 (3)
Время разгрузки ковша (ір) на основе данных хрономет-ражных наблюдений составляет 3-5 с.
Тогда формула времени цикла обратных гидравлических лопат примет вид (1), с:
Тц = 4,0 ■ сі^7 +1,7 ■ Е0’24 +
+ 2 ■ [0,115 ■ в0’84 ■ Е0’15] + р
(4)
где ^р - средней диаметр куска взорванной породы, м; Е -вместимость ковша экскаватора, м3; в - угол поворота экскаватора на разгрузку, град.
В таблице дано сравнение
результатов экспериментальных наблюдений и полученных расчётом по формулам (1-4).
Как видно из таблицы, расчётные значения близки экспериментальным, что говорит о достоверности предлагаемого метода.
Приведенные в работе материалы могут быть использованы при проектировании и планировании горных работ на сложноструктурных угольных месторождений Кузбасса с применением зарубежных обратных гидравлических лопат с вместимолтью ковша 1,5-10 м3.
Внедрение новой техники позволит повысить полноту выемки угольных пластов на действующих и новых угольных месторождениях Кузбасса.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Томаков, П.И. Гидравлические обратные лопаты для разработки сложноструктурных месторождений Кузбасса / П.И. Томаков, А.С.Ненашев, Б.Н. Рыбаков // М.: Обзор ЦНИЭУ. - 1984. - 49 с.
2. Кутузов, Б.Н. Лабораторные и практические работы по разрушению горных пород взрывом. Учеб. пособие для вузов / Б.Н. Кутузов, В.И.Комащенко, В.Ф. Носков, А.А. Бобрышев, Г.М. Крюков, В.П. Тарасенко, С.Б. Габдрахманов, М.Г. Горбонос // М., Недра, 1981. - 255 с.
□ Авторы статьи:
Курехин Евгений Владимирович
- канд. техн. наук, доц. каф. открытых горных работ КузГТУ, [email protected]
