Таким образом, при проектировании процессов открытых горных работ и выборе выемочно-погрузочного оборудования допускается двадцатипроцентное превышение высоты развала над высотой черпания экскаватора (без разработки специальных мер по понижению высоты развала), то есть высота черпания может быть ниже высоты забоя максимум в 1,2 раза.

При разработке горных пород открытым способом применяется многорядное короткозамедленное взрывание (КЗВ). Высота развала взорванных пород при КЗВ в зависимости от количества рядов скважин, схемы инициирования взрывной сети и условий взрывания варьирует в следующих пределах: HР = (0,7ч1,2)·h.

В некоторых случаях высота развала может превышать высоту уступа при производстве взрывных работ в зажатой среде (с подпорной стенкой), специальных схемах инициирования зарядов взрывчатых веществ (врубовой, порядной и др.), взрывах на выброс, каскадном взрывании смежных по высоте блоков и др.

Рис.8.1. Параметры забоя экскаватора мехлопаты

В большинстве случаев высота развала взорванных пород не превышает высоту уступа и составляет:

HР = (0,7ч1,0) · h

Длительный опыт эксплуатации экскаваторов ЭКГ-8И и ЭКГ-10 с высотой черпания 13,5 м на крупных карьерах и разрезах, имеющих высоту рабочих уступов 15 м (Ингулецком, Михайловском, Бачатском, Кедровском, Эрдэнэт и многих других), свидетельствует об их соответствии горнотехническим условиям разработки.

Некоторые предприятия приобретают экскаваторы ЭКГ с удлинённым рабочим оборудованием для работы с погрузкой горной массы выше стояния экскаватора или для специфических условий разработки, но их доля незначительна.

Высота уступов на карьерах является функцией от размеров залежей полезного ископаемого и условий их залегания; физико-механических свойств горных пород карьерного поля; системы разработки месторождения и параметров горнотранспортного оборудования.

Высота уступов большинства современных карьеров и разрезов РФ и СНГ составляет 10-15 м.

Исключением являются некоторые карьеры, отрабатывающие горизонтальные и пологие пластовые месторождения, где используются роторные, цепные и мощные шагающие экскаваторы. В этих случаях высота уступов может приниматься равной мощности горизонтов вскрышных пород и полезного ископаемого, определяется рабочими параметрами выемочно-погрузочного оборудования и может варьировать в пределах 2 - 50 м.

Таким образом, поскольку большинство карьеров и разрезов имеют высоту уступов до 15 м, то для выполнения основного объёма выемочно-погрузочных работ карьеров и разрезов достаточная высота черпания экскаватора - 15 м.

8.2 Анализ условий работы карьерных экскаваторно-автомобильных комплексов

Выбор модели экскаватора для ведения добычных и вскрышных работ осуществляется с учетом физико-механических свойств горных пород, заданной высоты уступа и установленной высоты развала. Условия работы экскаваторов являются одним из факторов, влияющих на определение высоты уступа при проектировании карьера. Высота уступа должна обеспечивать наполнение ковша экскаватора. Максимальная высота уступа в нескальных породах ограничивается условием безопасности работы экскаватора от падающих кусков породы. Поэтому, в соответствии с Едиными правилами безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом (ПБ 03-498-02), рекомендуется принимать высоту уступа не больше высоты черпания экскаватора.

При определении высоты уступов принимаются во внимание многие конкретные особенности и факторы: условия залегания и свойства вынимаемых горных пород; необходимая интенсивность отработки месторождения; календарный план вскрышных работ; требуемое качество выдаваемого, из карьера полезного ископаемого; параметры буровзрывных работ; условия работы экскаваторов и условия транспортирования пород.

Основным условием правильно выбранной высоты уступа является его устойчивость в процессе работы карьера, обеспечивающая безопасность ведения горных работ. Углы откоса рабочих уступов зависят от характера пород, принятых способов отработки уступов и параметров буровзрывных работ. Учитывается также возможность работы экскаваторов с углами откосов рабочего уступа, соответствующими траектории движения ковша. Высота уступов, определенная по условиям устойчивости, в подавляющем большинстве случаев получается большей, чем это необходимо исходя из других факторов.

Важно при установлении высоты и отметок уступов учитывать условия залегания горных пород. Отметки кровли и подошвы уступов по возможности должны совпадать с контактами различных пород. Должна учитываться возможность селективной выемки. Ошибки в определении отметки подошвы уступов оказывают негативное воздействие на работу карьера.

Высота уступа существенно влияет на скорость подвигания экскаваторных забоев, фронта работ и на сроки вскрытия и подготовки новых горизонтов.

Скорость подвигания заходки Vз и рабочего фронта уступа VФ 1

, м/мес. (9.1)

, м/год (9.2)

где L - длина фронта работ на добычном горизонте, м; h - высота уступа, м; Q - эксплуатационная производительность экскаватора, м3/мес.; A - ширина заходки экскаватора, м.

Следовательно, с увеличением высоты уступа уменьшается скорость подвигания фронта работ.

Объем работ по вскрытию и подготовке горизонта пропорционален кубу и квадрату высоты уступа. Высота уступов существенно влияет на скорость углубки карьера. При уменьшении высоты уступов с 20 до 10 м, т.е. в два раза, достижимая скорость углубки увеличивается в полтора раза.

Для сокращения величины капитальных вложений и срока их окупаемости важно сократить период строительства карьера и сроки освоения производственной мощности. Поэтому целесообразно высоту верхних уступов принимать небольшой, что обеспечит более интенсивное развитие работ в первый период эксплуатации, а ниже, когда карьер перейдет к нормальной работе, высота уступов может быть увеличена. При установлении высоты уступов необходимо иметь в виду, что она влияет на годовые объемы вскрышных работ и текущий коэффициент вскрыши - с уменьшением высоты уступов увеличивается коэффициент вскрыши при разработке карьеров.

В зависимости от высоты уступов изменяются объемы теряемой руды и примешиваемой пустой породы. Потери и разубоживание прямо пропорциональны высоте уступов и если известны допустимые уровни потерь и разубоживания, то есть возможность правильно выбрать высоту уступов.

Между высотой уступа и параметрами буровзрывных работ существует тесная взаимосвязь. С увеличением высоты уступа (при применении вертикальных скважин и угла откоса уступа меньше 90°) увеличивается сопротивление по подошве. Метод наклонных скважин, параллельных откосу рабочего уступа, позволяет резко увеличить высоту уступа без изменения диаметра скважин. От параметров буровзрывных работ и высоты уступа зависят размеры развала породы после взрыва и выход негабаритных кусков. Эти показатели значительно влияют на эффективность работы экскаваторов.

При черпании горных пород из развала взорванной горной массы высота развала (НР) должна быть увязана с высотой черпания экскаватора (Hmax).

Величина высоты развала Hp должна отвечать условиям

,

где Ннв - высота расположения напорного вала экскаватора, м;

Нmax - максимальная высота черпания экскаватора, м.

При разработке горных пород открытым способом применяется многорядное короткозамедленное взрывание (КЗВ). Высота развала взорванных пород при КЗВ в зависимости от количества рядов скважин, схемы инициирования взрывной сети и условий взрывания HР = (0,7ч1,2) h. Высота развала может превышать высоту уступа при производстве взрывных работ в зажатой среде (с подпорной стенкой), специальных схемах инициирования зарядов взрывчатых веществ (врубовой, порядной и др.), взрывах на выброс, каскадном взрывании смежных по высоте блоков и др.

Ширина экскаваторной заходки

, м (9.3)

где RУ - радиус черпания экскаватора на уровне стояния, м;

Ширина развала породы после взрыва В, для обеспечения наилучшего использования экскаватора должна содержать целое число заходок А экскаватора, т.е.

В = n А, м

где n - число заходок (n = 1; 2 или 3).

При А = 1,5 RУ

, м (9.4)

где С - коэффициент, учитывающий ширину развала (С = 1,0ч3,0).

Ширина развала (от линии первого ряда скважин)

, м (9.5)

где h - высота уступа, м; q - удельный расход ВВ, кг/м3; W - линия сопротивления по подошве, м.

С увеличением высоты уступов себестоимость экскавации снижается до h = 15, затем стабилизируется, а начиная с 20 м - повышается, рис. 8.1.1. Применительно к одному типу экскаваторов с увеличением высоты уступа себестоимость экскавации снижается.

С точки зрения наилучшей организации транспорта в карьере целесообразнее принимать уступы большей высоты. При этом сокращается число горизонтов в карьере и уменьшается объем путевых работ. Только в случае коротких карьеров высота уступа ограничивается возможной длиной наклонных съездов. Для всех рассмотренных карьеров с увеличением высоты уступов себестоимость транспортирования снижается. В настоящее время на большинстве карьеров приняты уступы высотой 12ч15 м для экскаваторов с ковшами емкостью 5ч10 м3. В последнее время на ряде крупных карьеров высота уступов принята 17 м для экскаваторов с ковшами емкостью 10 м3 и более.

Таким образом, при проектировании процессов открытых горных работ и выборе выемочно-погрузочного оборудования допустимо 20% превышение высоты развала над высотой черпания экскаватора (без разработки специальных мер по понижению высоты развала), то есть высота черпания может быть ниже высоты забоя максимум в 1,2 раза.

Рис. 8.1.1 График зависимости удельных затрат на экскавацию от высоты уступа для различных типоразмеров экскаваторов.

где 1 - емкость ковша Е = 2 м3; 2 - Е = 2,5 м3; 3 - Е = 5 м3; 4 - Е = 8 м3; 5 - Е = 10 м3; 6 - Е = 12 м3; 7 - Е = 14 м3; 8 - Е = 20 м3

Длительный опыт эксплуатации экскаваторов ЭКГ-8И и ЭКГ-10 с высотой черпания 13,5 м на карьерах, имеющих высоту рабочих уступов 15 м, свидетельствует об их соответствии горнотехническим условиям разработки. Рассмотрение основных факторов, влияющих на высоту уступов, показало, что их влияние противоречиво. Для повышения экономической эффективности технологических процессов следует стремиться к увеличению высоты уступов.

Основным видом технологического транспорта при добыче полезных ископаемых открытым способом остается автомобильный. Он используется для перевозки примерно 80% всей горной массы во всем мире. В настоящее время доля ПО

«БелАз» на рынке карьерных автосамосвалов РФ и СНГ составляет порядка 80%.

Автомобильный транспорт, как транспорт рабочей зоны карьера, в наибольшей степени подвержен воздействию усложняющихся с глубиной горнотехнических условий разработки.

Проведенные исследования показывают, что рациональным соотношением между ёмкостью транспортного сосуда и вместимостью ковша экскаватора является n = 3ч6.

8.3 Организационно-техническое мероприятие по улучшению технико-экономических показателей работы карьера с обоснованием экономической эффективности

В связи с сильной изношенностью оборудования занятого на экскавации горной массы предлагаю заменить экскаватор ЭКГ - 5А на гидравлический.

Преимущества гидравлических экскаваторов типа обратная лопата

В последние годы в мире конструируют и изготавливают многие модели гидравлических экскаваторов (ЭГ). В промышленно развитых странах, широко применяются гидравлические экскаваторы типа обратная лопата (ЭГО) таких известных фирм, как Хитачи, Вольво, Комацу, Кобелко (Япония), Катерпиллер (США), Демаг, Либхерр (ФРГ) и т.д.

Применение гидравлического привода в мощных карьерных экскаваторах позволяет существенно расширить технологические возможности выемочно-погрузочного оборудования за счет повышения усилий копания, значительного увеличения рабочей зоны действия ковша, возможности перемещать режущую кромку рабочего органа по любой траектории в пределах рабочей зоны. Уменьшенная динамичность гидропривода существенно влияет на улучшение условий работы экипажа, повышает устойчивость экскаватора в забое, положительно влияет на ресурс работы механизмов и металлоконструкций.

Сравнивая мехлопату с ЭГ, и в частности, с ЭГО можно выделить главные преимущества гидравлических экскаваторов:

· повышение производительности в 1,5-2 раза;

· возможность селективной выемки;

· увеличение рабочей зоны перемещения ковша;

· благодаря гидравлической системе, рабочее оборудование имеет независимый поворот ковша, рукояти и стрелы. ЭГ могут регулировать усилие копания на любой высоте забоя, и оно превышает в 1,5 раза усилие копания мехлопаты при одной и той же емкости ковша, а толщина стружки колеблется в пределах 0,20,3 м;

· при одной и той же емкости ковша, масса ЭГО в 1,82,5 раза меньше массы мехлопаты, благодаря этому затраты на приобретение ЭГО, и затраты в процессе работы уменьшаются, за счет плавного и мягкого движения ЭГО условия работы машиниста улучшены;

· снижение энергоемкости экскавации горной массы;

· возможность движения ковша в горизонтальном направлении, создает условия для уплотнения материала в нем, при этом коэффициент разрыхления уменьшается до 10%, а коэффициент наполнения увеличивается на 1015%, вследствие чего производительность увеличивается на 2530%;

· ЭГО имеет высокую мобильность, скорость передвижения (2,24,5 км/ч) в 48 раз больше по сравнению с ЭКГ, давление на грунт меньше в 2,5 раза, чем у ЭКГ при одной и той же емкости ковша. ЭГО может черпать до 810 и более метров ниже уровня стояния, что дает возможность для проведения опережающей траншеи шириной bmin =23 м;

· благодаря возможности ковша выполнять любую траекторию, ЭГО может зачистить рабочую площадку, нижнюю площадку и забой без применения бульдозера;

· блочно-модульная конструкция гидравлических экскаваторов унифицированного ряда обеспечивает возможность их перевозки железнодорожным транспортом укрупненными модулями с минимальным объемом подгоночных и доводочных работ при монтаже у заказчика;

· минимальное время капитального ремонта ЭКГ - три месяца, а ЭГО - две недели.

В связи с перечисленными преимуществами, в последние годы в мире выпускают разные модели ЭГО с различными рабочими параметрами для проходки траншеи, зумпфа и осуществления добычных работ при наличии подземных вод, а также для селективной разработки маломощных и сложных угольных пластов.

Исследования показали, что применение ЭГО для селективной разработки пластов с любым углом падения всегда сопровождается меньшими потерями, чем при применении ЭКГ.

Возможность осуществления селективной разработки выемочным оборудованием определяется многими показателями, среди которых важнейшим является высота раздельной выемки hр, определяемая высотой и глубиной черпания. В пределах этой высоты зубья ковша экскаватора могут касаться кровли или почвы пласта и зачищать его с определенными потерями и засорением полезного ископаемого, значения которых зависят от типа экскаватора и классификации машиниста.

Высота раздельной выемки зависит от технических параметров экскаватора и угла падения пласта. Для обычной механической лопаты (ЭКГ) с известными рабочими параметрами она определяется по формуле

, м, (8.2.1)

где Но - высота от уровня стояния экскаватора до опоры рукояти, м; а - расстояние от оси поворота экскаватора до опоры, м; - угол падения пласта, градус; - максимальный радиус черпания экскаватора, м;

, м,

где Rч - радиус черпания на уровне стояния, м.

Для увеличения hр нужно стремиться к тому, чтобы радиус черпания на уровне стояния был равен расстоянию от оси поворота до опоры.

В отличие от механической лопаты ковш гидравлического экскаватора типа обратная лопата (ЭГО) может двигаться по ровной горизонтальной или наклонной поверхности забоя. Конструкция ЭГО позволяет ему работать как с верхним, так и с нижним черпанием, поэтому высота раздельной выемки у него больше, чем у механической лопаты. При этом глубина раздельной выемки при нижнем черпании определяется по формуле:

, м, (8.2.2)

где h1 - высота от уровня стояния до опоры экскаватора, м; b=Z+D/2-C, м, - безопасное расстояние от бровки уступа до хода экскаватора, м; D - ширина гусеницы, м; С - расстояние от оси экскаватора до опоры стрелы, м. Величины D, С, h1 определяются по эмпирическим формулам , , , - рабочая масса экскаватора, т;

, м;

, градус;

- максимальный радиус черпания экскаватора на уровне стояния, м.

Высота раздельной выемки ЭГО при верхнем черпании определяется по формуле

, м, (8.2.3)

где , м;- минимальный радиус черпания экскаватора на уровне стояния. Сравнительные результаты расчетов высоты раздельной выемки для мехлопаты и гидравлического экскаватора представлены в табл. 8.2.1

Таблица 8.2.1

Зависимость высоты раздельной выемки ЭКГ - 5 (hр при а=Rч=5,75 м) и ЭГО (h/р и h//р) марки ЕC460B от угла падения пласта

Из табл.8.2.1 можно сделать следующие выводы:

- для обоих типов экскаваторов, чем меньше угол падения пласта, тем меньше высота раздельной выемки;

- высота раздельной выемки ЭГО всегда больше высоты раздельной выемки ЭКГ при любом значении угла падения пласта h/р больше hр на 13106% и h//р больше hр на 60109%;

- высота раздельной выемки ЭГО при верхнем черпании больше, чем при нижнем черпании на 241% в зависимости от угла падения пласта.

Основными факторами, влияющими на эффективность селективной выемки пластов гидравлическими экскаваторами, являются параметры и размеры ЭГО, технологические схемы его работы, параметры системы разработки, условия залегания и структуры пластов.

Одним из достоинств ЭГО является возможность черпания ниже уровня стояния на глубину 810 м, что позволяет проходить дренажную канаву. В этом случае водоприток в траншею сосредотачивается в дренажной канаве и можно считать, что радиус депрессии одной воронки пересекает борт траншеи у нижней ее бровки. Это способствует хорошему осушению рабочей площадки и большей производительности оборудования, которое работает на дне карьера.

Как известно, применение ЭКГ для проходки разрезной траншеи и подготовки горизонтов дает относительно большую ширину траншеи по дну b=2022 м, отсюда - большой объем выемки, особенно когда величина угла падения пласта небольшая. Более того, при работе на горизонтах ниже водо-самотечного уровня при условии большого количества атмосферных осадков время работы оборудования на дне карьера длится от 45 месяцев. При таких условиях значительно уменьшается скорость углубки дна карьера, следовательно, производительность карьера снижается.

Таким образом, ЭГО имеет множество преимуществ и высокую производительность по сравнению с мехлопатами, особенно в сложных горно-геологических условиях.

Обоснование выбора экскаватора по требуемой производительности:

Сменная производительность экскаватора:

;

где E - емкость ковша, 3,0 м3;

T - время смены, 12 ч;

кн - коэффициент наполнения, кн = 0,9;

ки - коэффициент использования во времени, ки=0,7;

кр - коэффициент разрыхления, кр=1,4;

tц - время цикла, 25 с.

;

Годовая производительность экскаватора:

QГОД = QЭ N= 2333 . 650= 1516 тыс. м3/год.

где QЭ- сменная производительность экскаватора.

В данном дипломном проекте рассчитана возможность модернизации экскаваторного парка по замене экскаваторного парка - электрического экскаватора на гидравлический. Экономически оценено и технологически обосновано внедрение данного мероприятия. В результате снижается себестоимость добычи полезного ископаемого, а это уменьшает расходы на амортизацию, топливо и другое. Применение данного мероприятия даст дополнительную годовую прибыль предприятию в размере 4,9 млн. руб.

Список литературы

1. Материалы по первой и второй производственной практике на предприятии ООО «Гранитная Гора» 2007, 2008 гг.

2. “Harnischfeger Corporation“. Сравнительный анализ гидравлических и электрических экскаваторов. 2003 г.

3. С.И. Фомин, Д.В. Пасынков, А.С.Семенов. Анализ условий работы карьерных экскаваторно-автомобильных комплексов. СПГГИ (ТУ).

4. Планирование на предприятии, Расчет производственной мощности горного предприятия, А.М. Вдовиченко, СПб, 2004 г.

5. Единые правила безопасности разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом ПБ 03-498-02 от 04.01.03.

6. Кулешов А.А. Проектирование и эксплуатация карьерного автотранспорта, СПб, СПГГИ, 1994 г.

7. Шпанский О.В., Буянов Ю.Д. Технология и комплексная механизация добычи нерудного сырья для производства строительных материалов. М., 1996.

Размещено на Allbest.ru