Параметры одноковшовых экскаваторов

 

Показатели	Т и п
ЭКГ-5А	ЭКГ-8И	ЭКГ-6,3ус	ЭКГ-4у	ЭКГ-12,5	ЭКГ-6,3у
Вместимость ковша, м3	5,2		6,3		12,5	6,3
Длина стрелы, м	-	-	-	-	-	-
Наибольший радиус черпания на гори - зонте установки экскаватора Rчу, м	9,04	12,2	13,5	14,49	14,8	21,4
Радиус черпания Rчmax, м	14,5	18,4	19,8	23,7	22,5
Высота черпания Нчmax, м	10,3	13,5	17,1	22,2	15,1
Глубина копания Нкmax, м	-	-	-	-	-	-
Радиус разгрузки Rрmax, м	12,3	16,3	17,9	22,1	19,9
Высота разгрузки Нрmax, м	6,7	8,6	12,5	17,5
Высота напорного вала Ннв, м	8,6	8,6	8,6	8,6	8,4	8,4
Радиус разгрузки при Нрmax, м	11,8	15,6	16,5	18,6	19,5	26,5
Радиус вращения кузова Rк, м	5,25	7,78	7,78	7,78
Скорость передви- жения, км/ч	0,55	0,42	0,42	0,42	0,43	0,43
Масса экскаватора, т
Паспортная продол- жительность рабочего цикла tцп, с, при угле поворота экскаватора: - на 90 град - на 120 град

 

Таблица 3.1

 

э к с к а в а т о р а
ЭКГ-10	ЭКГ-15	ЭКГ-20	ЭШ - 10/70у	ЭШ -15/90	ЭШ -20/90	ЭШ -40/85	ЭШ - 100/100
12,6	15,6	15,2	-	-	-	-	-
18,4	22,6	22,1	66,5
13,5	16,4	17,9	-	-	-	-	-
				42,5	42,5
16,3			66,5
8,6		11,5	27,5	39,3	38,5
8,6	8,4	-	-	-	-	-	-
15,4	19,5	18,2	-	-	-	-	-
7,7		9,6		18,5	19,7	27,5	27,8
0,42	0,43	0,9	0,2	0,08	0,08	0,08	0,08

 

Радиус разгрузки (R_р) – горизонтальное расстояние от оси вращения экскаватора до середины ковша в момент разгрузки.

Высота разгрузки (Н_р) – вертикальное расстояние от горизонта установки экскаватора до нижней кромки открытого днища ковша при разгрузке.

Рабочие параметры экскаватора зависят от длины и угла наклона стрелы и рукояти (см. табл. 3.1) и могут быть минимальными (min) и максимальными (max).

 

3.3. Типы забоев

 

Различают три типа забоев: торцевой (боковой), тупиковый (траншейный), фронтальный (продольный).

Наибольшее распространение получил торцевой забой, при котором обеспечивается максимальная производительность экскаваторов. Это объясняется небольшим средним углом поворота экскаватора к разгрузке (не более 90 градусов), удобной подачей транспортных средств под погрузку и минимальными простоями при перемещении и наращивании транспортных коммуникаций.

Тупиковый забой применяют при проведении траншей.

Фронтальный забой используют редко, в основном при разработке разнородных забоев. При этом типе забоев из-за большого среднего угла поворота экскаватора к разгрузке, малой ширины заходки, частого перемещения экскаватора и транспортных коммуникаций производительность экскаватора является низкой.

По взаимному расположению забоя и горизонта установки экскаватора различают следующие способы выемки: с верхним черпанием (а, б); с нижним черпанием (в); смешанным черпанием (г) (рис.3.2).

Аналогично различают и способы погрузки: нижнюю (рис.3.2, а, в); верхнюю (рис.3.2, б) и смешанную (рис.3.2, г). Смешанная погрузка одновременно или поочередно включает нижнюю и верхнюю погрузку на промежуточный горизонт.

Рис. 3.2. Способы выемки и погрузки

3.4. Типы заходок

 

В результате перемещения забоев в пределах определенного участка развала взорванной горной массы или массива последовательно отрабатывают породные полосы, которые называют заходками.

По расположению относительно фронта работ на уступе заходки разделяют на продольные (рис. 3.3, а), ориентированные вдоль фронта работ уступа; поперечные (рис. 3.3, б), ориентированные вкрест фронта работ уступа; диагональные (рис. 3.3, в), ориентированные под углом, меньшим 90 градусов к фронту работ уступа (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Типы заходок по отношению к фронту работ на уступе:

а – продольные; б – поперечные; в - диагональные

 

Продольные заходки применяют при всех видах транспорта, поперечные - при автомобильном и конвейерном, диагональные - при железнодорожном и автомобильном транспорте.

По ширине заходки делятся на узкие (рис. 3.4, а), широкие (рис. 3.4, б) и нормальные (рис. 3.4, в).

. (3.1)

Рис. 3.4. Типы заходок в зависимости от их ширины:

а – узкие; б – широкие; в - нормальные

В нормальных заходках выемку породы производят при постоянном положении оси движения экскаватора по длине заходки и рациональном использовании их рабочих параметров. Узкие заходки, когда А_у < А, отличаются от нормальных неполным использованием рабочих параметров экскаваторов. Широкие заходки (А_ш > А) характеризуются переменным положением оси движения экскаватора в плане по длине заходки.

 

3.5. Виды выемочно-погрузочных работ

 

В процессе эксплуатации месторождения полезного ископаемого выполняют следующие виды выемочно-погрузочных работ согласно заданию (рис.3.5).

Рис. 3.5. Последовательность выполнения вскрышных работ в карьере

 

В начале разработки предстоит проведение разрезной траншеи по наносам тупиковым забоем 1 (рис.3.5, а). Затем осуществляют отгон борта по наносам боковым забоем 2. При создании достаточного опережения этих работ начинают работы по проведению разрезной траншеи 3 по коренным породам, с этой целью осуществляют их предварительное рыхление буровзрывным способом. При применении железнодорожного транспорта экскаватор в разрезной траншее работает, как правило, с верхней погрузкой, при автомобильном транспорте – с нижней.

В результате подготавливают к выемке пласт полезного ископаемого, отработку которого осуществляют боковым забоем 4. Одновременно начинают работы (рис.3.5, б) по отгону борта по коренным породам 5. При этом в результате обуривания и взрывания буровзрывной заходки шириной А_бвр формируется развал взорванной горной массы шириной В_р, который отрабатывают экскаватором боковым забоем 6. При достаточном опережении работ по очередному уступу вновь начинают работы по проведению разрезной траншеи 3 на нижележащем горизонте и т.д.

Заданием предусматривается либо использование на отгоне борта по скальным породам в боковом забое 6 по взорванной горной массе конкретной модели экскаватора, либо задается высота уступа по скальным породам. Соответственно студент должен либо обосновать высоту уступа по массиву скальных пород для заданной марки экскаватора, либо подобрать марку экскаватора для работы на уступе по скальным породам при заданной высоте уступа.

При этом обосновывают ширину буровзрывной заходки по массиву скальных пород и необходимую ширину развала, при которой обеспечивается эффективная работа экскаватора. На основании этого по методике, изложенной в разд. 2, определяют параметры буровзрывных работ, обеспечивающие качественную подготовку пород. Рассчитывают требуемую ширину рабочей площадки по скальным породам.

Затем выбирают марку экскаватора для проведения разрезной траншеи 3 и ведения добычных работ в забое 4. Устанавливают параметры траншеи и добычного забоя.

Принимают экскаватор для разработки рыхлых отложений, устанавливают параметры торцевого 2 и тупикового 1 забоев экскаватора по этим породам. При выборе марки экскаватора для различных типов пород стремятся к унификации оборудования. Определяются параметры рабочей площадки по наносам.

С учетом принятого оборудования, особенностей работы экскаваторов в различных забоях и свойств пород определяют часовую, сменную и годовую производительности экскаваторов.

Ниже приведена методика расчета параметров забоев для механических лопат и драглайнов.

 

3.6. Технологические схемы выемки пород мехлопатами

в торцевом забое

 

Расчет параметров забоев технологических схем, указанных на рис. 3.6, заключается в определении высоты уступа, ширины заходки, углов откоса уступа и параметров места расположения экскаватора.

 

Рис. 3.6. Технологические схемы выемки пород мехлопатами в боковом забое с погрузкой горной массы

 

Для всех приведенных технологических схем фактические радиус черпания и радиус разгрузки определяют по формулам:

 

R_ч = (0,7-0,8) R_{ч max} ; R_р = (0,8-0,9) R_{р max} . (3.2)

 

При этом экскаватор устанавливают на расстоянии R_чу от нижней бровки уступа.

 

3.6.1. Схема работы мехлопаты с нижней погрузкой горной

массы в средства транспорта при разработке мягких пород (рис. 3.6, а)

 

Высота уступа, м:

· максимальная по условию предупреждения образования нависей и козырьков

h_нmax H_чmax . (3.3)

· минимальная по условию наполнения ковша экскаватора

 

h_нmin 2/3 Н_нв , (3.4)

где Н_нв – высота расположения напорного вала экскаватора (см. табл. 3.1), м.

 

Ширина заходки экскаватора:

 

А_э = 1,5 R_чу . (3.5)

где А – ширина заходки экскаватора, м.

 

Углы откоса уступа, град:

● устойчивый =35 - 45; рабочий = 70 - 80. (3.6)

 

3.6.2. Схема работы механической лопаты с нижней погрузкой горной

массы в средства транспорта при разработке взорванных пород

 

Параметры забоя экскаватора зависят от высоты и ширины развала взорванной горной массы. Обычно развал убирают в один или два прохода экскаватора.

Высота уступа, м:

· в массиве коренных пород h 1,5 Н_чmax; (3.7)

· в развале h = h_р Н_чmax , (3.8)

где h_р – высота развала, м.

 

Ширину заходки в массиве принимают такой, чтобы ширина развала взорванной горной массы была равной или кратной ширине заходки экскаватора по развалу, которую определяют по формуле (3.1).

Углы откоса уступа, град:

· в массиве коренных пород - устойчивый ,

- рабочий ;

· в развале - устойчивый

- рабочий . (3.9)

 

 

3.6.3. Схема работы мехлопаты с верхней погрузкой горной массы в

средства транспорта при разработке мягких пород (рис. 3.6, в)

 

Высота уступа, м:

· максимальная по условию использования максимальной высоты разгрузки экскаватора

h_нmax Н_р.max – h_в – е ; (3.10)

· минимальная по условию наполнения ковша экскаватора

h_нmin 2/3 Н_нв , (3.11)

где h_в – высота транспортного средства, м; е – безопасный зазор между открытым днищем ковша экскаватора и кузовом транспортного средства в момент разгрузки (е = 0,7-1,0), м.

 

Радиус разгрузки, м:

 

R_р R_чу + h_н ctg + Z_т , (3.12)

 

где Z_т – расстояние от верхней бровки уступа до оси транспортной полосы, м.

(3.13)

где Т – ширина транспортной полосы, м (см. разд. 4).

 

Причем если R_р меньше, чем правая часть выражения (3.12), то необходимо уменьшить высоту уступа или заменить экскаватор.

Ширину заходки и углы откосов уступа определяют соответственно по формулам (3.5) и (3.6).

Данную технологическую схему можно также применять для разработки взорванных пород. В этом случае высоту уступа в массиве определяют по формулам (3.10) и (3.11), ширину заходки – по (3.1), углы откоса уступа – по (3.9).

 

3.6.4. Схема работы мехлопаты с нижней разгрузкой горной

массы в отвал (рис. 3.6, г)

 

Схему применяют как при разработке мягких пород, так и разрушенных пород.

Высота уступа:

 

· по наносам 2/3 H_нв h_н Н_чmax; (3.14)

 

· по взорванным коренным породам h = h_р Н_чmax. (3.15)

 

Ширину заходки и углы откоса уступа по наносам определяют соответственно по формулам (3.5) и (3.6), по коренным породам – по формулам (3.1) и (3.9).

 

3.7. Параметры рабочей площадки

 

При определении параметров рабочей площадки следует исходить из того, чтобы ее ширина была минимальной. Чем меньше ширина рабочей площадки, тем меньше текущий коэффициент вскрыши, а значит и меньше себестоимость добычи единицы полезного ископаемого.

Ширина рабочей площадки (рис.3.7):

· по наносам (рис. 3.7, а)

Ш_рпн = Z_н1 + П + Т + С + А_н ; (3.16)

· по взорванным скальным породам (рис. 3.7, б)

Ш_рп = Z₁ + П + Т + С + В_р, (3.17)

где Z_н1, Z₁ – берма безопасности соответственно по наносам и скальным породам, м; П – ширина рабочей площадки для размещения дополнительного оборудования (П = 5-6 ), м; Т - ширина транспортной полосы (для автотранспорта Т = 7; для железнодорожного транспорта Т = 5), м; С – расстояние от нижней бровки развала (уступа) до транспортной полосы (С = 0,5-1,0), м; В_р – ширина развала (см. разд. 2), м.

Рис. 3.7. Схема к определению ширины рабочей площадки

 

Берма безопасности:

· по наносам

Z_н1=h_н(ctg – ctg ) 3; (3.18)

· по коренным породам

Z₁=h(ctg – ctg ) 3. (3.19)

 

3.8. Технологические схемы выемки пород мехлопатами

в траншейном забое

 

При проведении траншей используют следующие схемы работы механических лопат (рис. 3.8).

Данные технологические схемы можно применять как при проведении траншей по наносам, так и по коренным породам. Основными параметрами траншейного забоя являются: ширина траншеи по низу, ее глубина и углы откоса, а также место расположения экскаватора в траншее.

Как правило, экскаватор устанавливают посередине траншеи, а фактические радиус черпания и радиус разгрузки находятся в пределах, определяемых по формуле (3.2).

 

Рис. 3.8. Технологические схемы выемки пород мехлопатами в траншейном забое с погрузкой горной массы:

а – в средства транспорта на горизонте установки экскаватора; б – в средства транспорта выше горизонта установки экскаватора; в – на борт траншеи

 

3.8.1. Схема работы мехлопаты в траншейном забое с нижней

погрузкой горной массы в средства транспорта (рис. 3.8, а)

 

Схему применяют в основном с использованием автомобильного транспорта, реже – с применением конвейерного и железнодорожного (рис.3.8, а).

При проведении траншеи по наносам ее глубину и углы откоса определяют по формулам (3.3) и (3.6), по коренным породам – по формулам (3.7) – (3.9).

Ширина траншеи по низу, м:

· по возможностям экскаватора:

минимальная

В_Т.min = 2 (R_к + m); (3.20)

нормальная

В_Т= 2 R_чу; (3.21)

· по требованию автотранспорта:

при петлевой схеме подачи автосамосвалов

В_Т.петл = 2 (R_a + 0,5b_a + m) ; (3.22)

при тупиковой схеме подачи автосамосвалов

В_Т.туп = R_a + 0,5b_a + 0,5l_a + 2m , (3.23)

где R_к – радиус вращения кузова экскаватора (см. табл.3.1), м; m - безопасный зазор между кузовом экскаватора или автосамосвала и нижней бровкой уступа (m = 0,5-1,0), м; R_а- радиус поворота автосамосвала (см. табл. 4.1), м; b_a - ширина автосамосвала, м (см. табл. 4.1); l_a - длина автосамосвала, м (см. табл. 4.1).

 

Ширину траншеи обычно принимают минимальной по требованию автотранспорта и возможностям экскаватора.

При необходимости ширина траншеи может быть увеличена. В этом случае экскаватор передвигается зигзагообразно или траншею проводят короткими поперечными заходками.

 

3.8.2. Схема работы мехлопаты в траншейном забое с верхней

погрузкой горной массы в средства транспорта (рис. 3.8, б)

 

Данная схема наиболее эффективна с использованием железнодорожного транспорта.

Ширину траншеи понизу определяют по формулам (3.19) – (3.22), глубину траншеи и ее углы при проходке по наносам – по формулам (3.3), (3.6), при проведении траншеи по коренным породам – по (3.7) и (3.9).

 

3.8.3. Схема работы мехлопаты в траншейном забое с верхней разгрузкой горной массы на борт траншеи

 

В данной схеме экскаватор может разгружать породу на один или два борта траншеи (рис. 3.8, в).

Глубина траншеи по условиям размещения породы

h_Т = Н_рmax – Н_о – е_о , (3.24)

где h_Т – глубина траншеи, м; Н_о – высота отвала, м; е_о - безопасный зазор между открытым днищем ковша экскаватора и отвалом (е_о=0,7-1,0), м.

Высота отвала:

· при разгрузке на один борт траншеи

(3.25)

· при разгрузке на два борта траншеи

(3.26)

где – угол откоса отвала ( = 30 - 40), град; К_р – коэффициент разрыхления породы в развале (в мягких породах К_р= 1,1; в разрушенных К_р= 1,35).

 

Ширину траншеи определяют по формулам (3.19) и (3.20), углы откоса бортов траншеи при проведении ее по наносам – по формуле (3.6), по коренным породам – по (3.9).

 

3.9. Технологические схемы выемки пород драглайнами

 

Выемку мягких и мелковзорванных пород драглайнами производят в основном в торцевом и траншейном забоях (рис. 3.9).

Расчет технологической схемы выемки пород драглайнами заключается в определении ширины заходки, высоты вскрышного уступа, углов откоса и места установки экскаватора.

 

3.9.1 Схема работы драглайна в торцевом забое при установке его на кровле уступа

 

Данная схема обеспечивает максимальную производительность драглайна. Это достигается за счет того, что угол поворота экскаватора (рис. 3.9, а) от места черпания породы до места ее разгрузки является минимальным.

Высоту уступа устанавливают по глубине копания с учетом расположения драглайна на кровле за пределами призмы обрушения при угле наклона плоскости забоя к горизонту = 30-60⁰ (см. рис.3.1, г):

h Н_ч , (3.27)

Ширина заходки экскаватора:

А_э = R_ч(sin +sin ), (3.28)

где , - углы поворота драглайна от оси его хода соответственно в сторону массива и выработанного пространства ( ), град.

Обычно при работе в отвал =0 и тогда

А_э = R_чsin . (3.29)

Углы откоса уступа, град:

· по наносам - рабочий _н=60⁰, устойчивый _ну=40⁰; (3.30)

· по взорванной породе - рабочий =50⁰,

- устойчивый _у=35-40⁰, (3.31)

· по коренным породам - рабочий =75⁰ ,

- устойчивый _у=60⁰. (3.32)

 

3.9.2. Схема работы драглайна в торцевом забое с расположением

его на промежуточной площадке

 

Применяют с целью более полного использования параметров экскаватора и увеличения высоты уступа (рис. 3.9, б).

Высота уступа, м:

, (3.33)

где h_в, h_н - соответственно высота верхнего и нижнего подуступов,м.

h_н = (0,7-0,8) Н_к ; h_в = (0,4-0,8) Н_р. (3.34)

 

 

Рис. 3.9. Технологические схемы работы драглайна

 

 

Ширину заходки определяют по формуле (3.27), а углы откоса уступа по формулам (3.29) – (3.31). При этом угол откоса забоя верхнего подуступа для предотвращения скольжения ковша не должен превышать 25 градусов.

При расчете производительности драглайна, работающего по данной схеме, следует помнить, что при верхнем черпании производительность экскаватора на 10 - 15% ниже, чем при нижнем черпании.

 

3.9.3. Схема работы драглайна в торцевом забое при установке его на почве уступа

 

Из-за низкой производительности драглайна данную схему применяют редко, в основном при разработке неустойчивых пород (рис. 3.9, в).

Высота уступа, м:

h = (0,7-0,8) Н_р . (3.35)

Ширину заходки определяют по формуле (3.27), а углы откоса уступа - по формулам (3.29) – (3.31).

 

3.9.4. Схема работы драглайна в траншейном забое при установке его на кровле уступа

 

При проведении траншей драглайн в зависимости от его параметров и параметров траншеи располагают либо по оси траншеи, либо ближе к одному из ее бортов. При этом отвалы могут располагаться как на одном, так и на двух бортах траншеи (рис. 3.9, г).

Глубина траншеи, м:

h_Т Н_{к max} . (3.36)

Ширину траншеи по низу определяют по формуле (3.27) или (3.28), а углы откоса траншеи – по формулам (2.29) и (2.31).

 

3.10. Производительность экскаваторов

 

Различают паспортную (теоретическую), техническую и эксплуатационую производительности экскаватора. В свою очередь, эксплуатационная производительность может быть сменной, суточной, месячной и годовой.

Паспортную производительность экскаватора определяют только конструктивными параметрами машины:

Q_эп= 3600 Е / t_цп , (3.37)

где Е – вместимость ковша, м³; t_цп – паспортная продолжительность цикла (см. табл.3.1), с.

Технической производительностью является наибольшая возможная часовая производительность экскаватора при непрерывной его работе в конкретных горно-геологических условиях:

Q_эч = 3600 Е К_э К_з / t_ц , (3.38)

где Q_эч – техническая производительность экскаватора, м³/ч; К_з – коэффициент влияния параметров забоя (для торцевого забоя К_з=0,9; для тупикового К_з=0,8); К_э – коэффициент экскавации; t_ц - время цикла экскаватора в конкретных горно-геологических условиях, с:

t_ц = (1,1-1,2) t_цп. (3.39)

К_э = К_нк / К_рк , (3.40)

где К_нк – коэффициент наполнения ковша (для наносов К_нк= 9,5-1,1; для взорванных пород К_нк= 0,7-0,95); К_рк – коэффициент разрыхления породы в ковше (для наносов К_рк=1,1-1,2; для взорванных пород К_рк=1,3-1,45).

Сменная производительность характеризует объем работы, который выполняет экскаватор за смену с учетом затрат времени на технические, технологические и организационные работы и перерывы:

Q_э.см = Q_эч Т_см К_иэ , (3.41)

где Q_э.см, - сменная производительность экскаватора,м³/смену; Т_см – продолжительность смены (Т_см = 8), ч; К_иэ – коэффициент использования экскаватора в течение смены (табл.3.2).

Таблица 3.2

Значения коэффициента К_иэ

 

Вид транспорта	Схема подачи транспортных средств	Киэ
Железнодорожный	тупиковая	0,55 - 0,65
сквозная	0,7 - 0,8
Автомобильный	тупиковая	0,6 - 0,65
кольцевая	0,7 - 0,75
сквозная	0,75 - 0,85

Суточная производительность экскаватора, м³/сутки:

Q_э.сут = n_см Q _э.см , (3.42)

где n_см – число смен в сутках (n_см = 3).

 

Годовая производительность экскаватора, м³/год:

Q_э.год = n_год Q_э.сут, (3.43)

где n_год – число рабочих дней в году (n_год=252).

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Дайте определение выемочно –погрузочным работам.

2. Назовите технологические параметры экскаваторов.

3. Дайте определение рабочим параметрам экскаваторов.

4. Назовите типы забоев экскаваторов и дайте им характеристику.

5. Назовите типы заходок экскаваторов и дайте им характеристику.

6. Дайте технологическую характеристику схемам работы механической лопаты в боковом забое, в траншейном забое.

7. Назовите основные параметры забоя мехлопаты, драглайна.

8. Назовите формулы для определения высоты уступа и ширины заходки бокового забоя механической лопатой по наносам, по коренным породам.

9. Назовите основные параметры траншеи, сооружаемой мехлопатой при погрузке горной массы в средства транспорта на уровне стояния экскаватора, как они определяются?

10. Дайте определение паспортной (теоретической), технической и эксплуатационной производительности экскаваторов.

 

Литература: [8, с. 110-129, 151-189; 7, с. 70-236; 6, с. 231-243;

9, с. 170-175, 185-189].