Выемка пород роторными экскаваторами

15.06.2018
Забой и ширина заходки. Гусеничными роторными экскаваторами производят выемку пород только в лобовом забое (торцовом), при котором поверхность забоя расположена под углом 90° к направлению перемещения экскаватора. Для выемки пород поднимают раму в верхнее положение, после чего экскаватор с невыдвижной рамой перемещают вперед на расстояние, обеспечивающее захват ковшами слоя пород нужной толщины и ширины. Затем приступают к выемке пород, отрабатывают забой по дуге круга, центром которого является ось вращения корпуса экскаватора.

Ковшом подрезают стружку на площади 1; 2; 3; 4 (рис. (68). Ширина стружки b зависит от скорости бокового перемещения роторного колеса по забою и скорости его вращения, от чего зависит скорость черпания, т. е. число ковшей в минуту. Эта ширина стружки определяется по формуле
Выемка пород роторными экскаваторами

где vб — скорость бокового перемещения роторного колеса по забою, м/мин; п — скорость черпания.

Скорость черпания составляет 30—60 ковшей в минуту. Поэтому ширина стружки невелика и составляет 0,2—0,3 м. Малая ширина стружки затрудняет захват ковшами валунов даже при большой емкости ковша.

Вследствие бокового перемещения ковшей по забою стружку срезают наискось, образуя угол сдвига стружки w (рис. 68). Для облегчения подрезки стружки с наименьшими усилиями угол сдвига должен быть меньше угла развала козырька ковша е на величину заднего угла резания 6 в пределах толщины подрезаемой стружки 5; 6. Это должно быть выдержано на протяжении всей толщины стружки, поскольку угол развала ковша меняется в зависимости от расположения плоскости сечения относительно козырька. Угол сдвига стружки зависит от скорости бокового перемещения. Тангенс этого угла определяется уравнением

где vч — скорость черпания, м/мин;

Д — диаметр роторного колеса по козырьку, м;

N — число ковшей на колесе.

Для производительного черпания объем породы, подрезаемой ковшом с учетом разрыхления, должен быть равен или даже несколько больше емкости ковша:

где E — емкость ковша, м3;

s — ширина забойной площади (величина передвижки экскаватора), м; d — средняя толщина стружки, м.

Из треугольника 1, 2, 3 аналогично уравнению радиуса черпания драг выводится уравнение радиуса черпания роторного экскаватора:

где rс — наибольший радиус черпания экскаватора на высоте Hс от рабочей площадки, м;

А — длина ковшовой рамы, м;

Ч — радиус, описываемый козырьком ковшей на колесе ротора, м;

Б — расстояние от оси опоры ковшовой рамы (в выдвинутом положении) до рабочей площадки, м;

Г — расстояние от оси опоры ковшовой рамы до оси поворота экскаватора, м; величину Г принимают со знаком плюс при положении опоры от оси поворота в направлении забоя и со знаком минус при обратном расположении. В этом уравнении не учтен угол смещения радиуса черпания -w (рис. 69), поэтому радиус определяется приближенно, но с достаточной точностью для практических расчетов.

На экскаваторах с выдвижной рамой ее опора может быть передвинута в сторону, противоположную забою, из точки 1 в точку 4 (см. рис. 69), вследствие чего радиус черпания уменьшается.

Наименьший радиус черпания у экскаваторов с выдвижной ковшовой рамой определяют по уравнению (84) с заменой величин Б и Г величинами Б' и Г' которые определяют из схемы треугольника 2; 4; 5 по уравнениям (см. рис. 69):

где П — величина подачи ковшовой рамы, м;

b — угол наклона рельсов, по которым перемещается опора ковшовой рамы, град.

Радиус черпания на рабочей площадке r1 (рис. 69) определяют по уравнению (84) принимая величину Ч равной нулю, а величину Hc равной Ч. Радиус черпания по поверхности r2 определяют по тому же уравнению, заменяя величину Hc на полную высоту уступа Н.

Ширина экскаваторной заходки (длина забоя) зависит от радиуса черпания и угла поворота экскаватора ф, который составляет 50—110 град. Ширину заходки определяют по упрощенному уравнению ширины дражного разреза:

где b — ширина заходки на уровне принятого радиуса г, м;

r — радиус черпания в забое на принятом уровне, м;

ф1 — угол поворота экскаватора от среднего положения в сторону борта разреза, град;

ф2 — угол поворота экскаватора от среднего положения в сторону выработанного пространства, град.

После выемки пород по всему забою выдвижную раму или экскаватор передвигают вперед на 0,2—7 м и приступают к выемке пород в новом забое. Вследствие передвижек экскаватора по боковой поверхности уступов после выемки пород образуются выступы, размеры которых зависят от величины передвижки ковшовой рамы или экскаватора и от угла поворота.


На рис. 69 показан забой при выемке пород экскаватором с невыдвижной рамой. Угол откоса забоя очень большой, и в верхней части забоя образуются нависания. Такой угол может быть выдержан только при выемке устойчивых пород. В малоустойчивых породах верхняя часть забоя обрушается, что усложняет выемку пород при нормальном наполнении ковшей. Поэтому во избежание внезапных обрушений нависания при породах меньшей устойчивости стремятся уменьшить угол откоса забоя. Для этого экскаватор с невыдвижной рамой во время перехода к выемке нижележащего слоя отодвигают несколько назад, что связано с дополнительными простоями. Наименьший угол откоса забоя (см. рис. 69) определяется точками 17 и 18, расположение которых зависит от размеров радиусов черпания (наибольшего и наименьшего) на уровне рабочей площадки. Обычно стремятся выдерживать наиболее крутые углы откоса, насколько позволяет устойчивость пород. При необходимости уменьшить угол откоса забоя до заданной величины (рис. 70, а) экскаватор передвигают на величину s3, которую определяют из формулы

При работе экскаваторов с выдвижной рамой угол откоса выполаживают путем подачи черпаковой рамы назад при переходе к выемке нижележащего слоя и экскаватор не передвигают.

Высота забоя в породах повышенной крепости, если возможно образование в верхней части забоя нависания и значительных оползней и обвалов, не должна превышать высоту черпания экскаватора.

Гусеничный роторный экскаватор хорошо работает в лобовом забое, когда для выемки пород поворачивают только верхнюю часть корпуса (см. рис. 69). В таких условиях ширина заходки оказывает влияние на суточную производительность экскаватора. Это объясняется тем, что с увеличением ширины заходки сокращаются простои экскаватора в течение суток: на передвижку вперед и простои в углах забоя при переходе к выемке нижележащих слоев; простои, связанные с передвижкой отвалообразователя или забойного конвейера при переходе к выемке в смежную заходку, а также условные простои (вследствие относительного уменьшения времени, затрачиваемого на малопроизводительную работу) при выемке пород во внешней части забоя 11; 16. Наряду с этим наблюдается снижение производительности экскаватора во время выемки пород в углах забоя в связи с тем, что с увеличением ширины заходки снижается среднее наполнение ковшей породой, поскольку ширина выемочной площадки в углах забоя 9, 10 меньше ширины площадки 7; 8 в средней части забоя. Особенно сокращается ширина этой площадки у экскаваторов с невыдвижной рамой. Для определенных условий работы экскаватора существует наивыгоднейшая ширина заходки и наивыгоднейший угол поворота, при котором суточная производительность будет наибольшая.

Для экскаваторов с невыдвижной рамой наивыгоднейший угол поворота определяется по уравнению (194).

В этом уравнении средняя сумма времени простоя (величина tс) изменяется в зависимости от условий работы экскаватора. Для роторного экскаватора эта величина определяется по следующему уравнению

где t1 = 3—15 мин — время, затрачиваемое на одну передвижку экскаватора;

n — число отодвижек экскаватора назад во время отработки одного забоя;

t2 = 0,03—0,2 мин — время остановки экскаватора в углу забоя при переходе к выемке нижележащего слоя;

H — высота забоя (уступа), м;

d — средняя толщина вынимаемого слоя, м;

t3 = 10—40 мин — время, затрачиваемое экскаватором на подборку вала, т. е. выемку пород в части забоя 11; 16 (см. рис. 69);

v — 0,3—0,7 — коэффициент снижения производительности во время подборки вала;

s — величина передвижки экскаватора, м;

L — длина заходки, обслуживаемая забойным конвейером, м;

T4 = 16—96 ч — время, затрачиваемое на перестановку забойного конвейера или на перегон экскаватора в противоположный конец заходки;

v1 = 0,5—0,7 — коэффициент снижения средней производительности экскаватора во время врезки в новую заходку;

T5 = 16—50 ч — время затрачиваемое на врезку экскаватора в новую заходку;

t6 = 0—20 мин — время, затрачиваемое на передвижку от-валообразователя;

nэ — число передвижек экскаватора, приходящихся на одну передвижку отвалообразователя.

Когда экскаватор работает с отвалообразователем или не приходится подбирать вал 11; 16, величины t3 и Т4 принимают равными нулю.

Величину в скобках t6/nэ — t1 необходимо учитывать только при положительных ее значениях, т. е. когда средние простои экскаватора, связанные с передвижкой отвалообразователя, превышают время, затрачиваемое на передвижку самого экскаватора. При отрицательных значениях во время расчетов ее необходимо принимать равным нулю.

Заполнение ковшей при выемке пород во внешней угловой части забоя 11; 16 затруднено. Чтобы несколько повысить наполнение ковшей, экскаватор устанавливают в заходке не на средней линии, а ближе к стороне, обращенной к выработанному пространству, так, чтобы угол ф1 был больше ф2. При этом принимают ф2 не более (0,1—0,3) ф, т. е. ф2 не превышает 7—30 град, а угол ф1 в этом случае составляет 50 —70 град.

Производительность экскаватора в зависимости от угла поворота изменяется по параболической кривой, точке перегиба которой соответствует наивыгоднейший угол поворота. Кривая в точке перегиба выполаживается, поэтому допустимы некоторые отступления от наивыгоднейшего угла поворота, если этим обеспечиваются другие преимущества, которые не учтены при выводе уравнения, например снижение разубоживания или потерь.

При выемке пород экскаватором с выдвижной рамой ширина выемочной площадки большинства стружек забоя постоянна на протяжении большей части забоя [отрезки 8; 13 и 14; 15 (см. рис. 69)]. Поэтому наивыгоднейший угол поворота для этих экскаваторов будет больше величин, определенных по уравнению (86). В этих условиях угол полуповорота в сторону борта разреза принимают равным 85—87 град.

Боковые выступы ковшовой рамы около роторного колеса мешают выемке пород в стороне, обращенной к откосу борта разреза, особенно когда боковые выступы рамы большие, например со стороны расположения ковшового двигателя и привода. Поэтому необходимо проверять возможность выемки пород в заходках определенной ширины. Проверку производят для того, чтобы во время выемки пород в углу забоя между выступом ковшовой рамы 4 на уровне нижней ее поверхности 3; 4 и боковым выступом откоса 5 соблюдался безопасный зазор е (рис. 70, б). Величина этого зазора зависит от угла полуповорота рамы от среднего положения в сторону откоса борта разреза (для экскаватора определенных размеров) и с увеличением угла зазор возрастает.

Величина угла полуповорота экскаватора от среднего положения в сторону борта разреза, при котором будет соблюдена принятая величина безопасного зазора, определяется по уравнению (192). Величина г выражает размер вылета козырька ковша относительно выступа ковшовой рамы, м; величина э определяет расстояние между краем козырька ковша и наиболее выступающим углом рамы в сторону поворота на уровне нижней ее поверхности, м; наименьший допускаемый зазор между выступом откоса уступа и ковшовой рамой (величина е) принимается равным 0,1—0,5 м; коэффициент е при повороте в сторону редуктора принимается равным 8,35, а при повороте в сторону колеса 8,1.

Для роторных экскаваторов величина г определяется из треугольника 1, 2, 3 по уравнениям (см. рис. 70, б):

где d — толщина вынимаемой стружки, м;

р — расстояние от оси роторного колеса до нижней поверхности ковшовой рамы, м;

У — расстояние от оси роторного колеса до края торцовой части ковшовой рамы, м (см. рис. 70, б);

Ч — радиус роторного колеса по козырькам черпаков, м;

w — угол у ближней к раме точки забоя 2 между радиусом и нижней поверхностью ковшовой рамы (см. рис. 70, б).

В сторону расположения ковшового двигателя рама выдается больше, чем с противоположной стороны роторного колеса. Поэтому для каждого экскаватора имеется два значения наименьших допускаемых углов полуповорота, из них наименьший выдерживают в стороне, противоположной расположению ковшового двигателя.

Только при соблюдении указанных углов полуповорота возможно вести отработку заходки нужной ширины. При меньших углах полуповорота ширина заходки будет постепенно сокращаться и для ее поддержания необходимо будет совершать передвижки экскаватора, что связано с дополнительными простоями.

На россыпях роторные экскаваторы производят выемку пород только верхним черпанием, поэтому выемка нижним черпанием не рассмотрена.

Выше была рассмотрена выемка пород гусеничным роторным экскаватором в лобовом (торцовом) забое. В этом случае экскаватор во время выемки стоит и поворачивают только верхний корпус на угол ф до 110 град. Ширина отрабатываемой при этом заходки 20—100 м.

Рельсовые роторные экскаваторы, работающие с отвальными мостами на угольных разрезах, осуществляют также выемку боковым забоем. В этом случае экскаватор во время выемки перемещают вдоль забоя или же он стоит, а раму поворачивают на очень малый угол — до 30 град.

Способы выемки. Выемка пород в забое может быть произведена с различным расположением стружек и с различным режимом резания. По первому признаку различают следующие основные способы выемки в лобовом забое: горизонтальными стружками; вертикальными стружками; вертикально-горизонтальными стружками. Второй признак определяет следующие разновидности выемки: с постоянными углами поворота и скоростями резания; с постоянными углами поворота и переменными скоростями резания; с переменными углами поворота и постоянными скоростями резания.

При выемке пород горизонтальными стружками (рис. 71, а) колесо ротора поднимают над поверхностью уступа, после чего экскаватор с невыдвижной рамой передвигают вперед на 2—7 м, а с выдвижной перемещают экскаватор и раму, соблюдая указанную величину подачи рамы вперед. Опускают раму так, чтобы ковши углубились в породу и подрезали стружку необходимой величины, и приступают к выемке стружки 1 по всей длине забоя, а следующих — в порядке, указанном на рисунке. Стружки имеют расположение, близкое к горизонтальному, причем толщина их по вертикали d небольшая — не более половины вылета ковша над ребордой колеса. Ширина стружки р зависит от величины подачи рамы, ее принимают равной 0,4—0,8 диаметра роторного колеса.

Вес ротора помогает внедрению ковша в породу, вследствие чего в породах повышенной крепости наполнение ковшей увеличивается. В углах забоя значительно уменьшается ширина стружки 9; 10 (см. рис. 69), поэтому снижается наполнение ковшей и производительность экскаватора. На рабочей площадке после выемки пород остаются гребни 13; 14; 15. Большие гребни из устойчивых пород необходимо срезать, так как они мешают передвижению экскаватора. Для этого экскаватор несколько отодвигают назад, производительность его при подрезке снижается. Выемку пород горизонтальными стружками в основном применяют для отработки уступов небольшой высоты экскаваторами с невыдвижной рамой.

Для выемки пород вертикальными стружками экскаватором с невыдвижной рамой выводят из забоя ротор, приподнимают его и экскаватор передвигают вперед на расстояние, равное толщине стружки d. После этого в верхней части забоя приступают к выемке стружки 1 (рис. 71, б). Вертикальный размер стружки р выдерживают в пределах 0,4—0,8 диаметра колеса. После отработки стружки 1 экскаватор переводят на выемку нижележащих слоев в порядке, указанном на рис. 71, б. Рабочая площадка после выемки пород получается достаточно ровной. При выемке пород вертикальными стружками с невыдвижной рамой экскаватор необходимо часто перестанавливать и поднимать раму, что увеличивает простои. В углах забоя толщина подрезаемых стружек уменьшается, поэтому снижается производительность экскаватора. Этот способ выемки однорядными вертикальным сттужками применяют тогда, когда необходима отработка уступа большей высоты и должна быть обеспечена раздельная выемка пород.

Выемку пород вертикальными стружками экскаваторами с выдвижной ковшовой рамой производят в несколько измененном порядке (рис. 71, в). Так, после выемки первой стружки раму выдвигают вперед и подрезают вторую стружку в том же верхнем слое. В зависимости от общей величины выдвижения рамы в каждом слое срезают от четырех до восьми стружек. После этого переходят к подрезке стружек во втором слое в порядке, указанном на рис. 71, в. При выемке пород вертикальными многорядными стружками сокращаются простои, связанные с подъемом ковшовой рамы, что особенно важно для крупных экскаваторов, имеющих большую высоту черпания. Раздельная выемка пород возможна для прослойков мощностью более 3—4 м. Рабочая площадка при этом способе выемки получается ровной. Выемка вертикальными многорядными стружками наиболее распространена при наличии у экскаватора выдвижной ковшовой рамы. При невыдвижной раме и выемке вертикальными многорядными стружками увеличивается время на передвижку экскаватора.

Выемку пород в одном забое часто производят как вертикальными, так и горизонтальными стружками, причем порядок их расположения может быть различным. Способ выемки вертикальногоризонтальными стружками с невыдвижной рамой изображен на рис. 71, г. Верхнюю часть забоя отрабатывают вертикальными многорядными стружками. При этом суммарная толщина стружек должна соответствовать нормальному уходу экскаватора. В нижней части забоя выемку производят горизонтальными стружками. Такой способ выемки применяют при большой высоте забоя.

Выемку пород вертикально-горизонтальными стружками (экскаваторами с выдвижной рамой) начинают с отработки верхней части забоя вертикальными многорядными стружками с выдвижением рамы при подрезке каждой следующей стружки (рис. 71, д). В средней части забоя выемку производят горизонтальными стружками, а в нижней вновь переходят на выемку вертикальными многорядными стружками, при этом площадку забоя зачищают без дополнительных передвижек экскаватора. Данный способ выемки применяют для отработки пород повышенной крепости при большой высоте забоя.

Выемку пород с постоянными углами поворота и скоростями резания производят малыми и средними экскаваторами с невыдвижной ковшовой рамой. Слои подрезают по всему забою (рис. 72, а), поэтому углы поворота ф1а и ф1б при выемке смежных стружек а и б примерно одинаковы. Скорость вращения колеса ротора и боковой подачи выдерживают постоянными. Управление машиной при таком способе выемки наиболее просто, но наполнение ковшей в углах забоя снижается пропорционально уменьшению ширины выемочной площадки 7; 2. Производительность экскаватора при этом изменяется по кривой Qа,б. Средний коэффициент наполнения ковшей по всему забою составляет 0,6—0,7 коэффициента наполнения в средней части забоя. Этот способ выемки применяют для отработки заходок небольшой ширины.

Выемку пород с переменным углом поворота и постоянными скоростями резания применяют также для небольших и средних экскаваторов с невыдвижной ковшовой рамой. Такой режим выемки выдерживают для того, чтобы увеличить производительность экскаватора в углах забоя. Для этого корпус экскаватора с рамой поворачивают от среднего положения на угол ф1а (рис. 72, б), при котором ширина выемочной площадки 5; 4 уменьщится не более чем в два раза, оставляя часть забоя 1; 4 неотработанной. Выемку пород в забое 7; 2; 3; 4 осуществляют уже со второй передвижки; для этого экскаватор поворачивают во время выемки на значительно больший угол ф1б. Этот способ выемки позволяет повысить среднее наполнение ковшей до 0,75 от наибольшего в средней части забоя. Производительность экскаватора изменяется по кривой 5; 6; 7; 8.

Экскаватором с выдвижной ковшовой рамой обычно выемку пород в большей части забоя осуществляют по концентрическим окружностям (рис. 72, в, стружка б). Поэтому ширина выемочной площадки по длине забоя более постоянна, что способствует более равномерному заполнению ковшей. Выклиниваются выемочные площадки только у небольшого числа стружек а. Угол поворота экскаватора для подрезки этих стружек устанавливают с таким расчетом, чтобы ширина выемочной площадки уменьшалась не более чем в два раза по сравнению со средней частью забоя. Средний коэффициент наполнения ковшей в зависимости от ширины заходки составляет 0,75—0,80 от наибольшего в средней части забоя. Производительность экскаватора при отработке стружек а и б определяется кривыми Qа и Qб, а общая производительность кривой Qа,б. Выемку пород с переменной скоростью резания обычно производят при использовании больших экскаваторов, на которых установлены двигатели постоянного тока, гидротрансформаторные муфты или двигатели с несколькими скоростями вращения. При выдвижных ковшовых рамах на протяжении большей части забоя ширина выемочной площадки постоянна, и ковши наполняются равномерно при постоянной скорости резания. Поэтому повышенную скорость боковой подачи используют на отрезке забоя 1; 2; 3; 4, где ширина выемочной площадки сокращается. Увеличивать скорость боковой подачи можно до предела, при котором согласно уравнению (82, а) угол сдвига стружки w (см. рис. 68) был бы меньше половины угла конусности ковша е. Выдерживать большую скорость поворота при подходе к углу забоя сложно. Средний коэффициент наполнения ковшей обычно составляет 0,75—0,90 от наибольшего в средней части забоя.

При режущем усилии 60—70 кгс/см можно осуществлять выемку пород до III категории крепости включительно. Выемка более крепких пород вызывает значительное снижение заполнения ковша. Поэтому при выемке несколько сцементированных песчано-глинистых пород IV—V категории крепости применяют предварительное рыхление пород буровзрывным способом. Взрыв рассчитывают только на встряхивание пород с наименьшим развалом их. Скважины бурят станками шнекового бурения СВБ-2. Диаметр шнека до 175 мм, что позволило сосредоточить заряд в нижней части и этим усилить встряхивание пород уступа. При ширине экскаваторной заходки 25 м и высоте уступа 12 м скважины располагают в шахматном порядке в три ряда. Расстояние между скважинами 6—7 м, перебур 1—1,5 м, расход аммонита 0,3—0,4 кг/м3, себестоимость буровзрывных работ 8—11 коп/м3. После рыхления производительность экскаватора соответствовала производительности при выемке пород III категории крепости.

Электрические гусеничные экскаваторы с ковшами емкостью 400 л обслуживают машинист, помощник машиниста и бункеровщик. Кроме того, ежесменно электрослесарь обслуживает экскаватор и ближайший конвейерный комплекс. Большие экскаваторы с ковшами емкостью 1200 л обслуживает сменная бригада, состоящая из старшего машиниста (бригадира), трех машинистов, бункеровщика, двух помощников машиниста, электрика, электрослесаря, рабочего.

Другие новости по теме:

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: