Основные положения и выемка пород на дражных разработках

Во время добычных работ драгой производят выемку песков, промывку и извлечение из них металла, а также отсыпку промытых песков в выработанное пространство. На берегу разреза выполняют работы по обслуживанию драги: закладывают мертвяки, переносят береговые ролики и кабель, доставляют на берег концентрат. Для облегчения выемки песков и уменьшения простоев драги производят ряд вспомогательных работ: взрывают мерзлые торфа и крупные валуны, обнаруженные на поверхности и под водой, убирают из разреза крепь, лед и пр. Все работы по обслуживанию драги и вспомогательные работы относятся к добычным. Разновидности технологии добычных работ различают по особенностям очистной выемки песков, которые определяются способами выемки и системами разработки. Кроме того, на технологию добычных работ влияют методы передвижения драги, которые в свою очередь отличаются схемой крепления бортовых канатов на берегу и порядком зашагивания, способы отсыпки отвалов и доставки полезного ископаемого на берег, способы ведения буровзрывных работ и уборки льда.

Выемка песков черпаковой цепью и размещение хвостов в отвалы взаимосвязаны, так как оба эти процесса выполняет одна машина; сбрасывание пород обратно в разрез производится через 2—4 мин после выемки. Поэтому особенности процесса выемки песков, связанные с поворотом драги, влияют на процесс отвалообразования.

Для выемки песков Драгу передвигают к забою с поднятой над поверхностью россыпи черпаковой рамой на такое расстояние, чтобы черпаками можно было срезать и захватить породу с площадки шириной 2; 2 (рис. 161), равной s = 1—8 м. Далее раму опускают при выключенном черпаковой приводе и заглубляют черпаки нижней ветви в породу на 10—40 см, чаще на 12—25 см, в зависимости от крепости пород и мощности привода. После этого с помощью маневровой лебедки и носовых бортовых канатов драгу начинают поворачивать в бок. Поскольку драга опирается на сваю, то черпаковой цепью производят выемку пород по всей поверхности забоя 3; 4; 5; 6, которая имеет серповидную форму. Поэтому в углах забоя ширина площадки 3; 4

где ф1 — угол поворота от среднего положения.

Когда черпаки дойдут до угла забоя, переключают маневровую лебедку на обратный ход, раму опускают для выемки следующего слоя, и после натяжения бортового каната драга начинает перемещаться в обратном направлении. На эту операцию затрачивают 0,3—0,5 мин, а при нечеткой работе и до 0,7 мин в зависимости от устройства драги и опыта драгера.

Положение поверхности забоя 3; 4; 5; 6 зависит от наклона нижней ветви черпаковой цепи. Порода от целика отделяется боковой частью козырька черпака (рис. 162). Каждый черпак подрезает стружку на площади 2; 2; 3; 4.

Ширина стружки b зависит от скорости бокового перемещения драги и скорости движения черпаковой цепи:

где vб — скорость бокового перемещения драги у нижнего барабана, м/мин; n — скорость черпания, черпаков в минуту.

При выемке песков сплошной черпаковой цепью ширина стружки невелика и составляет 0,3—0,35 м. Малая ширина стружки даже у черпаков большой емкости затрудняет захват валунов размером более 0,3 м, поскольку необходимо вначале протолкнуть их к нижнему барабану. Кроме того, в этом случае снижается заполнение черпаков.

Вследствие бокового перемещения драги стружка песков срезается наискось, образуя угол сдвига стружки (см. рис. 162). Для облегчения подрезки стружки с наименьшими усилиями угол сдвига стружки w должен быть меньше угла развала козырька черпака е на величину заднего угла резания б. Это должно быть выдержано по всей толщине стружки. Угол сдвига стружки зависит от скорости бокового перемещения драги и черпаковой цепи. Тангенс этого угла определяется уравнением

где vч, vб — соответственно скорость черпаковой цепи и скорость бокового перемещения драги, м/мин;

д — шаг черпака, м.

Для производительной работы черпаковой цепи объем породы, отделяемой черпаком с учетом разрыхления, должен соответствовать E емкости черпака

где s — ширина забойной площадки (уход драги), м;

d — средняя толщина стружки, м;

л — коэффициент наполнения черпака в средней части забоя на определенном уровне: л = л'/cos в3;

л' — коэффициент наполнения черпака при горизонтальной забойной площадке;

вз — угол наклона забойной площадки: вз = а — о, град.;

а = 45—55° — угол между осью рамы и нижней ветвью черпаков в пределах величины ухода;

о = 10—45° — угол наклона черпаковой рамы.

Угол наклона забойной площадки, а следовательно, и стружки, меняется в зависимости от глубины выемки. При наибольшем наклоне рамы при о = 45° угол вз близок к горизонтальному, а во время выемки пород в верхней части забоя вз = 30—45°. Этим можно объяснить постепенное уменьшение наполнения черпаков с увеличением угла наклона рамы.

Сокращение ширины забойной площадки к углам забоя зависит от угла поворота. Поэтому среднее наполнение черпаков на протяжении всего забоя меньше л и приближенно определяется уравнением

где ф1, ф2 — углы поворота драги от среднего положения в сторону рабочей сваи 8 (см. рис. 161) и нерабочей сваи 9, град;

Отношение ширины подрезаемой стружки к ее толщине оказывает влияние на удельный расход электроэнергии. По данным работы, при подрезке более тонкой стружки удельный расход электроэнергии уменьшается и наименьший расход наблюдается при соотношении е = b/d = 2—3.

На драгах с двигателями трехфазного тока имеется одна рабочая скорость, при которой потери электроэнергии в реостатах будут малы. Поэтому для изменения линейной скорости черпаковой цепи в течение длительного времени меняют передаточное число черпакового привода (меняют шкивы). В зависимости от типа черпаковой цепи, емкости черпака и условий работы скорость черпания n = 12 —36 черпаков в минуту.

Двигатели трехфазного тока маневровых лебедок снабжают большими реостатами и во время черпания можно работать на трехпяти скоростях бокового перемещения. Наибольшая боковая скорость у нижнего барабана в зависимости от типа драги vд = 5—14 м/мин. У свайных драг вследствие криволинейности забоя боковая скорость перемещения изменяется по длине забоя. Так, в средней части забоя она несколько меньше, увеличиваясь в углах особенно при приближении к береговому ролику. Боковые скорости с увеличением подводной глубины разреза также несколько снижаются.

При выемке стружки значительной толщины повышается удельный расход мощности, поэтому целесообразно уменьшать толщину стружки, но при этом следует увеличить боковую скорость или ширину забойной площадки. Однако большая ширина забойной площадки (большой шаг драги) усложняет работу по зачистке крепкого плотика. Поэтому чаще целесообразна работа драги на повышенных боковых скоростях. Необходимое наполнение черпаков в этом случае достигается главным образом изменением толщины вынимаемой стружки.

Толщину стружки, а следовательно и общую производительность драги, устанавливают исходя из наибольшей допускаемой нагрузки двигателя и в зависимости от наивыгоднейшей пропускной способности обогатительного и транспортного оборудования. Черпание на пониженных боковых скоростях целесообразно вести при выемке валунистых пород. Толщину вынимаемых слоев для каждой драги устанавливают на оснований наблюдений. При выемке вязких глинистых пород в черпаках запрессовывается порода, и черпаки полностью не опоражниваются. Во избежание уплотнения вязких пород в черпаке необходимо подрезать стружку небольшой толщины (не более 5 см).

На драгах послевоенного выпуска с черпаками емкостью 210—250 л двигатели черпакового привода и маневровых лебедок работают на постоянном токе. Скорость черпания у них изменяется от 5 до 36 черпаков в минуту. Постоянный ток поступает от сложной мотор-генераторной установки, применение которой увеличивает удельный расход электроэнергии на 5—20%, увеличиваются также простои драги и затраты, связанные с ремонтом установки. На драгах последнего выпуска намечено применить специальный черпаковый теристорный привод, допускающий экономичный расход электроэнергии при различных рабочих скоростях.

Изменять скорость черпаковой цепи можно в определенных пределах, поскольку угол сдвига стружки должен быть меньше угла развала козырька. С увеличением развала козырька, когда угол е увеличивается, диапазон изменения скоростей движения цепи также увеличивается. При увеличении скорости движения черпаковой цепи необходимо учитывать процесс зачерпывания и опоражнивания черпаков. При больших скоростях высыпание глинистых песков из черпаков начинается ниже завалочного лотка бочки, увеличиваются потери песков, поскольку пески проходят мимо лотка, а иногда и мимо грохота подчерпакового уловителя и падают обратно в разрез. Объем песков, проходящих мимо завалочного лотка, достигает 4—7%. Поэтому значительное увеличение скорости движения цепи целесообразно при выемке промывистых песков или при наличии выдвижного лотка.

Для новых драг разрабатывают автоматическое управление процессами черпания. Применение автоматического управления позволит быстрее изменять режим черпания при изменении сопротивлений резанию, что обеспечит более равномерную загрузку механизмов, лучше предохранит их от перегрузки, повысит производительность драги и облегчит труд драгера.

Драга, опираясь на сваю, перемещается вдоль забоя на угол поворота (маневрирования) ф, который изменяется от 45 до 130°. Черпаками производят выемку песков по дуге с радиусом черпания r = (2; 8), описываемой козырьками черпаков (рис. 161). Радиус черпания драги зависит от ее размеров и угла наклона рамы. Из треугольника 2; 7; 10 радиус черпания драги определяется по уравнению

где Д — длина понтона, м;

Ю — расстояние от кормы драги до оси сваи, м;

Г — расстояние от носа понтона до оси верхнего барабана, м; А — длина черпаковой рамы между осями барабанов, м;

Ч — радиус, описываемый козырьком черпака на нижнем барабане, м;

Б — высота установки оси верхнего барабана над палубой, м;

б — надводный борт понтона, м;

Hч — расстояние от точки касания козырька черпаков внешней поверхности забоя до уровня воды в разрезе, м; знак плюс принимать при подводном расположении точки касания, знак минус — при надводном.

Угол смещения радиуса черпания драги w1 (см. рис. 161) составляет 2,5—3,5°. Для упрощения можно принять w1 = 0, тогда ошибка составляет 0,1—0,2%, что вполне допустимо.

Подставляя в уравнение (169) различные значения Hч, можно определить радиусы черпания для различных горизонтов. Так, при подстановке: 1) высоты надводного борта H2 со знаком минус определяет радиус черпания r2 по поверхности россыпи; 2) при Hч = 0 определяется радиус черпания rв на уровне воды; 3) осадка понтона Ф со знаком плюс определяет радиус черпания на уровне днища понтона rд.

Радиус черпания по дну разреза r1, согласно рис. 161, равен

где H1 — подводная глубина россыпи, м;

Z — глубина задирки плотика, м.

После выемки песков в забое до плотика и зачистки его драгу передвигают вперед (зашагивают) и вновь приступают к выемке песков на следующей площадке забоя.

Длина забойной площадки (ширина заходки), как видно из рис. 162, равна сумме двух катетов и взаимосвязана с углом поворота выражением

где bв — ширина заходки (длина забоя) на уровне воды в разрезе, м;

ф1, ф2 — углы поворота драги в сторону рабочей 8 и нерабочей сваи 9, град;

w1 — угол смещения радиуса черпания

M — см. уравнение (1746).

Угол w1 = 2,5—3,5°, косинус его близок к 0,999; влияние его на радиус не выходит за пределы 0,05%, поэтому углом смещения можно пренебречь. Упрощенное уравнение ширины заходки (длины забоя) до обрушения бортов разреза имеет вид

Углы поворота драги от среднего ее положения могут быть равны между собой, т. е. ф1 = ф2. В этом случае уравнение ширины заходки примет вид

где ф — полный угол поворота драги, град.

Ширина заходки по дну разреза b1 и по поверхности россыпи b2 (см. рис. 167) при выемке прямым забоем, когда драга совершает поворот от среднего положения на одинаковый угол, определяется уравнениями (170) и (171), но с заменой величины rв величиной r1 или r2.

Откосы забоя 2; 11 и бортов разреза 21; 22 (см. рис. 161) образуются во время выемки, и эти теоретические углы откоса, которые выдерживаются до обрушения бортов, зависят от рабочих размеров драги. Тангенс теоретического угла откоса борта разреза вв зависит от глубины и угла поворота драги и определяется из схемы рис. 177 по уравнению

где H — полная высота отрабатываемого уступа, м.

Ширина заходки по поверхности россыпи, определяемая по уравнению (170), соответствует практической, если глубина россыпи не превышает 8—10 м, а торфа сложены устойчивыми породами. При большей глубине россыпи верхняя часть забоя и бортов обычно обрушается даже при небольшой надводной его высоте. Так, при подводной глубине 12 м высота обрушения достигла 4 м, а при глубине 22 м до 6,5 м. Забой занимает при этом положение 11; 19; 20, и выемку пород в верхней части забоя выше точки 19 драгой не производят. Обрушается также и борт разреза, который занимает положение 15; 16; 17; 18 (см. рис. 161) или положение, изображенное на рис. 163. Поэтому действительный угол откоса борта разреза вр выполашивается до 35—42°.

Когда борт разреза обрушается, действительная ширина заходки по поверхности превышает теоретическую, а ширина по дну разреза получается меньше расчетной (см. рис. 163). Для более полной выемки песков на плотике необходимо, чтобы в смежном дражном ходе забой драги перекрывал забой предыдущего хода на величину 17; 18 (см. рис. 161) и на величину bп (см. рис. 163). Перекрытие забоев достигает 5—10 м.

После отработки забоя драгу перемещают вперед на величину шага, вследствие чего образуются бортовые зубчатые выступы, по очертаниям приближающиеся к треугольнику 1; 4; 3 (рис. 164). Размер зубчатых выступов в направлении ширины заходки зависит от шага и угла поворота драги. Из рис. 164 эта ширина зубчатых выступов (если допустить, что угол 4 близок к прямому) определяется по уравнениям:

где w1, w2 — соответственно ширина зубчатых выступов по борту рабочей и нерабочей свай, м.

Угол смещения w1 мало сказывается на размерах выступа и им можно пренебречь. Тогда средний размер выступа приближенно определяется уравнением

После обрушения бортов разреза выступы уничтожаются.

Драгой можно постоянно работать в одном забое, и тогда ширина заходки будет соответствовать ширине разреза (см. рис. 161). Возможна также попеременная работа драгой в нескольких смежно расположенных забоях, и тогда ширина разреза будет равна сумме ширины смежных заходок.