Экскаваторный бестранспортный способ вскрыши мерзлых россыпей

15.06.2018
Общие положения. При подготовительных работах, как обычно, сначала очищают поверхность россыпи от деревьев, пней и кустарника.

Вследствие большой стоимости промывки песков при данном способе разработки стремятся уменьшить их разубоживание. Поэтому вскрышу торфов производят в наибольшем объеме и при этом стремятся избежать перевозок больших объемов торфов, поскольку транспорт обходится дорого.

При выборе технологии вскрышных работ стремятся обеспечить наиболее производительное использование экскаваторов и наименьшие затраты на вскрышу.

Способы выемки. Выемку торфов экскаватором производят различными приемами отделения их от целика и заполнения ковша при различном расположении экскаватора относительно забоя.

По первому признаку различают следующие основные способы выемки мерзлых пород: горизонтальными слоями с естественной оттайкой; наклонными слоями с рыхлением взрывом; наклонными слоями с водооттайкой иглами.

Экскаватор можно располагать относительно забоя по-разному, что обусловливает возможность отрабатывать заходки различной ширины и перемещать торфа от забоя к месту отсыпки на различное расстояние путем изменения углов поворота — все это предопределяет различную суточную производительность экскаваторов. По этому признаку различают три основных способа выемки: лобовым, боковым и диагональным забоем.

Выемка мерзлых пород горизонтальными слоями с естественной оттайкой в настоящее время наиболее распространена. При этом способе к выемке торфов приступают после того, как слой оттаял на глубину не менее 0,5 м; летом выемку чаще всего производят при глубине талого слоя 1—2 м. На такую глубину торфа оттаивают в зависимости от температуры и льдистости пород за 15—30 дней. Для этого на один экскаватор необходимо иметь площадь забоя 15—25 тыс. м2. Обычно выемку торфов на полную глубину россыпи производят в три—пять слоев. Предохранительную рубашку оставляют толщиной 0,5 м с последующей зачисткой бульдозером на глубину до 30 см.

Время на передвижку экскаватора при этом способе увеличивается. Однако после оттайки породы разрыхляются, что облегчает заполнение ковша, особенно если талый слой имеет мощность более 1—1,5 м. При малой мощности талого слоя и особенно при короткой стреле, когда невелико расстояние заполнения, ковш можно заполнить лишь за два зачерпывания. При достаточной мощности талого слоя суточная производительность экскаваторов повышается, а стоимость вскрыши будет в 2—3 раза меньше, чем при выемке с рыхлением взрывом. Удельный вес данного способа выемки при экскаваторной вскрыше на мерзлых россыпях составляет 80%.

Предварительное рыхление мерзлых пород взрывом позволяет вести экскаватором выемку торфов наклонными слоями сразу на полную мощность. Взрывные работы производят с помощью взрывных скважин, технология этих работ изложена в третьем разделе. В небольшом объеме взрывные работы производят с помощью шурфов, технология этого способа описана в литературе. Этот способ отличается большой трудоемкостью и в 1,5—2,5 раза дороже предыдущего. Мерзлые торфа мощностью менее 1,7—2 м целесообразнее взрывать мелкошпуровым способом.

После взрыва породы могут смерзаться, особенно если с поверхности проникает влага. В таких случаях торфа взрывают с таким расчетом, чтобы они лежали в забое не более 3—6 дней.

Для производительной работы экскаватора кусковатость взорванных торфов должна быть небольшая, размером менее 1/3 ширины ковша. Чтобы обеспечить качественное взрывание, необходимо проводить опытные взрывы с различной сеткой расположения скважин. Желательно, чтобы число повторных взрывов для дробления крупных глыб и оставшихся бугров было не более 15—40 на 1000 м3. Глыбы размером до 1 м удобнее подрывать накладными зарядами. Большие глыбы и бугры целесообразнее взрывать мелкошпуровым способом.

Выемка мерзлых торфов с рыхлением взрывом весьма трудоемка и стоит дорого. В настоящее время удельный вес ее не превышает 20%. Этот способ применяют зимой и ранней весной, когда выемка с естественной оттайкой неприменима и когда необходимо увеличить опережение вскрышных работ.

Выемку мерзлых торфов с водооттайкой производят в небольшом объеме на опытных участках. Применяют игловую водооттайку, технология которой описана в первом разделе части II. Данный способ рыхления сможет ускорить проведение вскрыши в летнее время.

При выемке лобовым забоем (рис. 57, а) экскаватор устанавливают на. поверхности заходки, которую он отрабатывает. Расстояние между осью центра тяжести заходки и осью перемещения экскаватора обычно составляет 0,1—0,3 радиуса разгрузки. Ширина заходки в зависимости от мощности торфов составляет 0,6—1,2 радиуса разгрузки, а среднее расстояние перемещения торфов из забоя в конусный отвал (величина l) равно 1—1,2 радиуса разгрузки. Средний угол поворота экскаватора изменяется от 85 до 110°. При лобовой выемке облегчается заполнение ковша, но сокращается площадь, которую можно использовать для размещения отвалов. Лобовую выемку в основном применяют для отработки на россыпи боковых заходок, прилегающих к борту, когда не требуется перемещать торфа на большие расстояния и целесообразно применять широкие заходки.

При выемке боковым забоем (рис. 57, б) экскаватор располагают сбоку заходки. Ширина заходки составляет 0,2—0,5 радиуса разгрузки, среднее расстояние перемещения торфов от забоя до отвала 1,6—1,8 радиуса разгрузки, а средний угол поворота экскаватора 135—170 град, при этом часто применяют работу вкруговую, что увеличивает радиус разгрузки на 1—2 м. Торфа перемещаются этим способом на наибольшее расстояние. Ширина заходки в основании не должна быть меньше расстояния, достаточного для заполнения ковша, т. е. при емкости ковша 2 м3 не менее 6—8 м. Производительность экскаватора несколько снижается вследствие увеличения угла поворота и затрат времени на передвижку. Данный способ в основном применяют для выемки заходок, расположенных в средней части отрабатываемой площадки, когда необходима последующая перевалка торфов. В этих условиях увеличение расстояния перемещения торфов особенно важно и, несмотря на снижение производительности экскаватора, стоимость вскрышных работ меньше, поскольку объем повторных перевалок торфов сокращается.

При диагональной выемке экскаватор располагают у самого борта заходки (рис. 57, в). Ширина заходки составляет 0,7—0,8 радиуса разгрузки, в остальном этот способ занимает промежуточное положение между двумя предыдущими. Диагональную выемку применяют для отработки бортовых и промежуточных заходок.

Система вскрышных работ. Порядок ведения вскрышных выработок определяет систему вскрышных работ, этот порядок в основном зависит от принятой последовательности перемещения торфов из забоя в постоянные отвалы. По этому признаку подразделяют системы с прямой укладкой торфов в отвалы и системы с перевалкой торфов. Заходки обычно располагают, в продольном направлении, вследствие чего этот признак имеет подчиненное значение.

Система вскрышных работ с прямой укладкой торфов в отвал изображена на рис. 58. В зависимости от ширины россыпи, мощности торфов и длины стрелы экскаватора вскрышу производят двумя — шестью заходками, причем торфа размещают сразу за границу россыпи. При отработке россыпи двумя заходками экскаватор можно располагать на площади заходок в пределах от продольной оси заходки (рис. 58, б, слева) и до борта разреза (рис. 58, б, справа). Расположение экскаватора выбирают, учитывая условия размещения торфов в отвалы и удобства заполнения ковша.

Каждый экскаватор в определенных условиях вскрыши торфов имеет наивыгоднейший угол наклона стрелы, при котором в равной мере будут использованы как высота, так и радиус разгрузки, а ширина заходки будет наибольшей. Этот наивыгоднейший угол примерно равен величине угла естественного откоса торфов в отвале плюс один-два градуса. Если угол больше или меньше наивыгоднейшего, то будет недоиспользоваться один из рабочих размеров экскаватора. При вскрыше торфов на россыпях обычно наиболее выгодны углы наклона стрелы 20—35 град.

Шаг передвижки экскаватора принимают 4—8 м, т. е. он составляет 0,2—0,4 длины стрелы. С увеличением шага передвижки несколько уменьшается возможность использования радиуса черпания и разгрузки.

Ширину заходки экскаватора устанавливают по условиям выемки торфов и укладки их в отвалы. Наибольшая высота отвала h (см. рис. 58, а), которую может отсыпать экскаватор, определяется высотой разгрузки
Экскаваторный бестранспортный способ вскрыши мерзлых россыпей

где В — высота разгрузки экскаватора, м; е = 0,4/1 — наименьший допускаемый зазор между ковшом и гребнем отвала, м.

Отвал может быть конусным или с плоской вершиной. Внешние очертания отвала в основном зависят от радиусов черпания и разгрузки экскаватора, ширины заходки, мощности торфов и взаимного расположения отвала и забоя. Согласно рис. 59, взаимозависимость размещения вскрышной заходки и отвала выражается следующими уравнениями:

- между заходками и первым конусным отвалом

- между заходками и плоским отвалом

где R и R1 — радиусы разгрузки при углах о и о1c > м;

r, r1 — радиусы черпания при углах о и о1c, м;

T — мощность торфов, м;

op = ctg вр; вр = 40/50 — угол откоса борта разреза, град;

b1, b2 — соответственно ширина первой и второй заходки в основании, м;

с, c1, c2 — ширина запасных площадок соответственно от бровки заходки до гусеницы экскаватора, от гусеницы до основания треугольного отвала, от бровки заходки до основания плоского отвала, м;

o1 = ctg b1; b1 = 35/40 — угол откоса отвалов, град;

h, h1 — соответственно высота отвалов при углах o иo1c, м;

U — ширина верхней площадки трапециевидного отвала, м.

Для прохода экскаватора вдоль отвала необходимо, чтобы c1 > Ш. Если этот проход не нужен, то принимают c1 = 0.

При длинностреловых экскаваторах можно размещать торфа в конечный отвал из трех заходок. При расчете такой вскрыши в уравнениях (79) и (79а) следует добавлять ширину третьей заходки.

Ширина экскаваторных заходок взаимосвязана с высотой отвалов и с площадью его сечения уравнениями (рис. 59):

где S — поперечное сечение отвала, м2;

l — наибольшая возможная передвижка экскаватора из условия выемки пород, м.

При гребенчатом (конусном) отвале следует принимать U = 0. Данная система вскрышных работ при двух заходках обеспечивает простую технологию работ, наибольшую производительность экскаваторов и наименьшую себестоимость вскрыши. Однако она применима только для вскрыши торфов на узких россыпях. Так, при длине стрелы 25 м и мощности торфов 3—6 м предельная ширина россыпи 38—60 м, а при стреле 40 м ширина увеличивается до 60—100 м.

При вскрыше четырьмя заходками вначале отрабатывают среднюю заходку b1 (см. рис. 59) с положения экскаватора I. Выемку целесообразно производить боковым забоем шириной 0,2—0,5 радиуса разгрузки, чтобы все торфа были отсыпаны в отвал за границей россыпи. При этом угол наклона стрелы принимают 20—25 град. Вторую заходку отрабатывают с положения II, как и в предыдущем случае.

Вскрышу в шесть заходок (рис. 58, а) производят, принимая первую заходку шириной b1 = 0,2/0,3 радиуса и размещая отвал возможно дальше от забоя. Ширину последующих заходок увеличивают, а третью принимают b3 = 0,5/0,7 радиуса разгрузки. Расчет размера заходок, отвалов и расположения экскаватора производят по уравнениям (78), (79) и (80).

Выемку пород осуществляют горизонтальными слоями с естественной оттайкой или наклонными слоями с рыхлением торфов.

При выемке горизонтальными слоями (см. рис. 58, б) необходимо, чтобы экскаватор имел избыточную высоту разгрузки, позволяющую уложить в отвал торфа при выемке нижнего слоя, или следует оставлять проход для экскаватора вдоль борта, или же предусматривать отсыпку плоского отвала (рис. 60, а), по которому может перемещаться экскаватор. Порядок выемки слоев в заходках и укладки отвалов указан на схеме (см. рис. 58, б) справа цифрами.

Общая ширина россыпи, на которой может быть произведена вскрыша, соответствует удвоенной сумме двух-трех заходок.

Проведение вскрыши четырьмя заходками позволяет размещать торфа непосредственно в конечный отвал на более широких россыпях. Так, при размещении отвалов на обоих бортах разреза, длине стрелы экскаватора 25 м и мощности торфов 3—6 м предельная ширина россыпи составит соответственно 45— 70 м, т. е. увеличивается на 17—28%.

Система вскрыши с прямой укладкой торфов обеспечивает лучшее использование экскаватора и наименьшую себестоимость вскрыши, однако для ее использования необходимы экскаваторы с длинными стрелами.

Систему вскрыши с перевалкой применяют на широких россыпях (рис. 60), когда экскаваторы не могут обеспечить прямую укладку торфов в конечные отвалы. Для размещения торфов в отвалы на бортах разреза экскаватором повторно переваливают некоторую часть торфов. Производительность экскаватора (по замеру в целике) при этой системе вскрыши снижается, а себестоимость вскрыши увеличивается. Себестоимость перевалки обычно ниже себестоимости первоначальной выемки торфов и дешевле перевозки торфов автосамосвалами или другими транспортными средствами. Систему с перевалкой целесообразно применять только в тех случаях, пока стоимость перевалки торфов меньше стоимости перевозки. Наиболее часто допускаемый объем перевалки не превышает 200% объема первичной вскрыши, однако во всех случаях необходимо стремиться к его сокращению.

Системы вскрыши с перевалкой имеют несколько разновидностей в зависимости от расположения экскаватора (на отвале или на поверхности россыпи) и от порядка выемки заходок (от борта разреза или от середины). По этим признакам следует различать следующие системы вскрыши: с перевалкой от борта и установкой экскаватора на отвале; с перевалкой от середины и установкой экскаватора на отвале; с перевалкой от борта и установкой экскаватора на поверхности; с перевалкой от середины и установкой экскаватора на поверхности. Направление экскаваторных заходок обычно продольное.

На рис. 60, а изображена система вскрыши с перевалкой от борта и установкой экскаватора на отвале при отработке россыпи с двенадцатью заходками. Выемку начинают с бортовых заходок, торфа из которых можно сразу уложить в конечный отвал за границей россыпи. Ширину первой заходки принимают наименьших размеров b1 = 0,2/0,25 радиуса разгрузки, отвал от нее размещают на борту разреза. Высоту отвала h1 подсчитывают по уравнению (80), принимая b2 и U равным нулю. Ширину второй заходки увеличивают до таких размеров, чтобы второй уже плоский отвал h2, размещаемый за первым, имел высоту, обеспечивающую возможность укладки экскаватором, установленным на этом отвале, все торфа в конечный отвал. Третью и четвертую заходку принимают значительно больших размеров равных 0,5—0,6 радиуса разгрузки, причем ширина заходок должна быть такой, чтобы экскаватор из положения IV смог уложить все торфа за второй отвал без перевалки. Высоту отвала определяют так же, как и от первой заходки, но учитывают наличие подуступа шириной d1, которая обеспечивает свободный проход экскаватора по отвалу с соблюдением площадок безопасности c1 и c2. Размер передвижки экскаватора от l1 до l2 устанавливают, выдерживая радиусы разгрузки и черпания.

Таким образом, первые четыре заходки проходят с I-IV положений экскаватора без перевалки торфов с непосредственной укладкой их в конечный отвал, при этом образуют площадку d1 для установки экскаватора на отвале. После этого экскаватор переводят в положение V и отрабатывают пятую заходку шириной b5 = 0,5/0,6 радиуса разгрузки, размещая отвал с плоской вершиной в выработанном пространстве. Ширина этой заходки должна обеспечивать укладку пятого плоского отвала A5 достаточной ширины d3 для установки экскаватора в положениях VI и VII. Из положения VI необходимо обеспечить полную отработку заходки bв, а из положения VII экскаватор должен произвести перевалку этого отвала в шестой отвал так, чтобы экскаватор, размещенный в положении VIII, смог произвести перевалку всех торфов в конечный отвал. Высоту пятого и шестого отвалов подсчитывают по уравнению (80). Расстояния боковых передвижек экскаватора от l1 и до l6 устанавливают исходя из соблюдения радиусов черпания и разгрузки.

При этой системе вскрыши переваливают торфа из пятой и шестой заходок, поэтому коэффициент перевалки обычно меньше 0,5.

Расположение экскаватора на отвале увеличивает высоту и емкость конечного отвала, что сокращает объем перевалки.

Для производительной работы экскаватора необходимо, чтобы отвалы были устойчивы и сложены в основном из речников, а не из илистых пород. При выемке с рыхлением взрывом нужно следить за тем, чтобы во временных отвалах торфа не смерзались от уплотнения под влиянием веса экскаватора.

При системе с перевалкой от борта разреза ускоряется оттайка торфов, поскольку временные отвалы не располагаются на поверхности россыпи, а слоевой способ выемки с естественной оттайкой используют наиболее производительно. Объем перевалки несколько сокращается, так как от одной до четырех бортовых заходок удается разместить в конечный отвал без перевалки.

Общие размеры конечного отвала (см. рис. 60, а) определяются уравнениями:

где S = pF — наибольшее сечение конечного отвала, м2;

U — ширина верхней площадки отвала, м;

h, h1, hв — соответственно общая высота отвала, высота расположения рабочей площадки экскаватора, высота верхней части отвала, м;

a1 — ширина рабочей площадки на конечном отвале, м;

b1 — угол откоса отвала, град; a1 = ctg b1;

oP = ctg вр; вр — угол откоса борта разреза, град;

B1 = Еb — общая ширина всех заходок, м;

п — коэффициент перевалки торфов.

Данные уравнения определяют наибольшее сечение конечного отвала, когда необходимо сохранить для прохода экскаватора рабочую площадку. При полном использовании площади отвала для размещения торфов необходимо приникать d1 = 0. Уравнение высоты рабочей площадки h1 дано для сличая, когда U = O.

Наибольшее сечение конечного отвала определяет предельную ширину россыпи, с которой может быть произведена вскрыша с перевалкой.

На рис. 60, б изображена система вскрыши с перевалкой от середины и установкой экскаватора на отвалеотработке россыпи десятью заходками. К вскрыше приступают со средней заходки, отрабатывая ее с положения экскаватора I боковым забоем, последовательность выемки слоев в заходках указана цифрами 1—17. Ширина заходки небольшая, и торфа отсыпают возможно дальше от забоя во временный отвал на поверхность россыпи. Последующие одну или две заходки принимают большей ширины и отсыпают отвал с плоской вершиной. Отработку остальных заходок и перевалку торфов из временного отвала производят экскаватором, установленным на отвале. Наличие временного отвала на поверхности россыпи затрудняет рыхление мерзлых торфов взрывом и замедляет оттаивание их в теплое время года. Эта система имеет небольшое распространение.

Системы вскрыши с перевалкой и установкой экскаватора на отвале получили наибольшее распространение. При их применении можно производить бестранспортную вскрышу торфов на значительно более широких россыпях с относительно меньшими объемами перевалки. Так, при использовании экскаватора со стрелой длиной 25 м, ширине россыпи 130 м и мощности торфов 6 м объем перевалки составляет 40—50%.

Система вскрышных работ с перевалкой от середины при установке экскаватора на поверхности отличается от предыдущей тем, что экскаватор из положения III переводят в положение V, располагая его на поверхности россыпи. Отсюда экскаватором переваливают торфа из временного отвала 9; 1; 3 в конечный. В этих случаях необходимо производить черпание выше рабочей площадки и очищать площадку, по которой перемещается экскаватор, а возможная высота конечного отвала уменьшается. Вследствие этого производительность экскаватора снижается, а объем перевалки увеличивается. Данную систему можно применять с отработкой заходок и от борта.

Системы вскрышных работ с перевалкой и расположением экскаватора на поверхности применяют тогда, когда имеется опасность смерзания временного отвала от уплотнения при перемещении по нему экскаватора или когда отвал не выдерживает веса экскаватора.

При ширине россыпи более 200 м вскрыша торфов и добыча песков может быть осуществлена по трем отдельным полосам (делянам), располагаемым вдоль россыпи. В таком случае во время разработки второй полосы можно размещать торфа в выработанном пространстве, что облегчает экскаватору укладку торфов в конечные отвалы и сокращает объем перевалки.

Система вскрыши должна обеспечивать наиболее производительное использование экскаватора, чтобы вскрышные работы на определенной площади россыпи были осуществлены в наиболее короткое время с наименьшим числом рабочих машино-смен. Выбирают систему вскрышных работ и рассчитывают основные размеры и объемы перевалки для экскаватора с определенной, заранее принятой длиной стрелы.

Вскрышу торфов наиболее удобно рассчитывать графоаналитическим способом. Так, определение ширины первой и второй заходок и высоты их отвалов проще определять по уравнениям (79)—(80), принимая радиус и высоту разгрузки соответствующими наименьшим предельным углам наклона стрелы. Рассчитывать последующие заходки, у которых отвалы принимают сложные очертания, проще графическим способом, задаваясь предельной высотой отвала в зависимости от высоты разгрузки для средних углов наклона стрелы. Расположение экскаватора при выемке пород в средних заходках устанавливают исходя из наибольшего использования радиуса черпания и разгрузки (см. рис. 59) с таким расчетом, чтобы торфа с заходки могли быть размещены экскаватором в отвал. Размеры конечного отвала подсчитывают по уравнению (81). При расчетах учитывают коэффициент разрыхления, который зависит от способа выемки; при слоевой выемке с естественной оттайкой он близок к 1,2, а при выемке с рыхлением взрывом 1,3—1,4.

Углы откоса отвала также изменяются в зависимости от способа выемки. При слоевой выемке с естественной оттайкой они зависят от влажности. Так, для песчано-галечных торфов с влажностью 8—12% средний угол откоса 35—40 град, для переувлажненных песчано-глинистых пород снижается до 30 град, при выемке с рыхлением взрывом 40—42 град.

Для каждой заходки устанавливают средний угол поворота и в зависимости от этого определяют производительность экскаватора и время отработки всей заходки в машино-сменах. При расчетах учитывают также, что производительность экскаватора на перевалке торфов выше, чем при разработке целика, на 20 —30%.

Для расчета вскрышных работ по каждой площади вычерчивают поперечные профили применительно к разведочным линиям, на которых намечают экскаваторные заходки и места для размещения отвалов и сами отвалы, а затем подсчитывают объемы вскрыши и перевалки торфов. Объем перевалки торфов обычно составляет 50-80%.

Для сравнения различных систем вскрыши следует указывать объем перевалок по отдельным отрабатываемым площадям в абсолютных величинах и в процентах по отношению к общему объему вскрыши. Наиболее правильно система может быть оценена по числу рабочих смен экскаватора, затраченных на вскрышу торфов определенной площади россыпи.

Другие новости по теме: