Тема 5. Комплексная механизация горных работ, 2 часа, УЗ – 3

Комплексы горного и транспортного оборудования и их звенья, реализующие грузопотоки. Виды комплексов оборудования, их связь с грузопотоками и системами разработки. Технологические схемы комплексов оборудования, сопряжение работы машин цикличного и непрерывного действия, качественная и количественная комплектация основного и вспомогательного оборудования. Технологические циклы процессов и горных работ, сменная и годовая производительность комплексов.

Литература 4 [1, 2, 5, 6, 7, 8, 10]

 

 

Основные положения комплексной механизации горных работ.

Механизация открытых горных работ в различных природных условиях осуществляется разнообразными машинами и механизмами; пределы мощности средств механизации в карьерах практически не ограничены. Производственные процессы открытых горных работ организуют так, чтобы отдельные операции во времени и пространстве были связаны единой технологической схемой. За операцией, выполняемой одной машиной, следует другая, выполняемая в том же следующей машиной; вторая машина должна быть связана с первой так, чтобы сохранялась непрерывность общего процесса. Такая достаточно четко построенная организация технологического процесса соответствует принципам комплексной механизации производства.

Под комплексной механизацией горных работ понимается такая ступень механизации, при которой тяжелый ручной труд вытесняет не только из основных производственных процессов, но и из вспомогательных операций. Комплексная механизация открытых горных работ предусматривает обязательное соответствие мощности и производительности средств механизации на всех основных и вспомогательных процессах мощности и производительности ведущего оборудования открытых горных работ.

Цель комплексной механизации состоит в исключении ручного труда, достижении заданной производительности основного оборудования на всех звеньях технологического процесса, получении наилучших технико-экономических показателей разработки. Для этого необходимо, чтобы механизация была не только комплексной, но и комплектной.

Под комплектностью механизации понимается определенное ее построение, при котором все смежные элементы технологического процесса механизированы соответствующим друг другу оборудованием примерно равной производительности. В этом случае используется наименьшее количество механизмов при наибольшей производительности труда.

Механизация работ сводится не только к комплектному подбору, но и к поддержанию комплектности в процессе работы. Комплектность механизации решается при проектировании карьера, а поддержание комплектности – в процессе его работы, по мере физического и морального износа отдельных машин и механизмов должно производиться их обновление более современными машинами и механизмами путем периодической реконструкции производства в целом или путем подбора нового комплекта машин.

Комплексная механизация основных и вспомогательных работ в карьерах, применение автоматизации, освоения более совершенного и производительного выемочно-погрузочного и транспортного оборудования совместно с совершенствованием технологии открытых горных работ – ведущие открытых разработок.

Задачи комплексной механизации решаются в два этапа: 1) переход от механизации отдельных процессов к комплексной механизации горных работ с внедрением автоматизации в некоторые отдельные процессы и операции; 2) автоматизация всех производственных процессов и переход к созданию комплексно механизированных и комплексно автоматизированных предприятий с машинным программным управлением процессами.

Механизация и автоматизация работ на карьерах развивается на основе внедрения поточной технологии, совмещения и разделения производственных процессов.

По характеру применяемого на погрузке и транспортирование оборудования различают три типа технологии: цикличную, поточную и циклично-поточную. Канд. техн. наук А.Н.Шилиным предложена на этой основе технологическая классификация систем открытых разработок месторождений со скальными породами и рудами (горный журнал №6, 1968).

Поточная технология легче всего достигается при использовании машин непрерывного действия (экскаваторов и конвейерного транспорта). В случае экскаваторов циклического действия также возможно создание потока (автомобильно-конвейерный транспорт, конвейерный транспорт с самоходными дробилками и т.д.). Технология в этом случае называется циклично- поточный. Использование ее на скальных породах дает значительный экономический. Применение поточной технологии на скальных породах сдерживается отсутствием выемочно-погрузочного оборудования непрерывного действия, но работы над созданием скреперно-гребковых и роторных экскаваторов для раздробленных скальных пород ведутся.

Совмещение производственных процессов возможно в благоприятных условиях, например, при использовании мощных вскрышных механических лопат и драглайнов, бульдозеров и скреперов, когда выемка, транспортировка и укладка породы в отвал производится одной машиной.

Независимость процессов подготовки пород к выемке, выемочно-погрузочных работ, транспортирования и отвалообразования достигается созданием резерва обуренной и взорванной массы, обеспечением экскаваторов транспортными коммуникациями и обменными пунктами для своевременной подачи транспортных средств, наличием резервного фронта работ в карьере, на отвале и на складах.

Выбор структур комплексной механизации.

Основаниями к выбору структуры комплексной механизации вскрышных и добычных работ на карьерах являются:

природные факторы: свойства пород и полезного ископаемого; элементы залегания месторождения; размеры и форма карьерного поля; рельеф поверхности; инженерно-геологические условия разработки; климатические условия района; вид и назначение добываемого полезного ископаемого;

технологические и технические факторы: производственная мощность предприятия; наличие и возможность приобретения определенных видов горного и транспортного оборудования; источники энергоснабжения, водоснабжения и т.д.;

организационные факторы: годовая и суточная организация работ; сроки строительства и освоения проектной мощности; сроки доставки оборудования и его монтажа; наличие и возможность привлечения квалифицированных кадров;

экономические факторы: размер капитальных затрат; величина себестоимости продукции, размер прибыли, производительность труда.

Каждый из этих факторов в конкретных условиях может иметь решающее или второстепенное значение.

При выборе структур комплексной механизации в первой стадии исключают те комплексы, которые нельзя использовать по природным и техническим факторам. Затем выбирают наиболее вероятные комплексы по совокупности природных, технических, организационных и экономических факторов. Наиболее вероятные структуры комплексной механизации сравниваются по экономическим показателям.

На современных карьерах стремятся применять однотипные средства механизации, что значительно упрощает и облегчает организацию горных работ, эксплуатацию и ремонт оборудования. На вскрышных работах, как правило, используют наиболее мощные машины.

Сопоставление технологических схем и комплектов машин выполняют в следующей последовательности: 1) устанавливают исходные природные данные; 2) определяют перечень, объем и сроки выполнения подготовительных работ, выбирают способы их механизации; 3) устанавливают суточные и сменные объемы работ; 4) намечают целесообразные способы выполнения основных и вспомогательных работ; 5) выбирают тип ведущей машины на вскрыше и добыче; схему и способ транспортирования горной массы; способ отвалообразования; 6) намечают расстановку машин по звеньям технологического процесса; 7) рассчитывают технико-экономические показатели.

Выбор основных машин и механизмов осуществляется из серийно выпускаемых промышленностью страны. В необходимых случаях в структуру комплексной механизации можно вводить машины, изготовляемые по специальному заказу. В редких случаях дают специальный заказ на все машины технологического комплекса.

При подборе комплекта машин соблюдают следующие основные требования:

1. Максимальную поточность производства горных работ с наименьшим числом перегрузочных пунктов и возможностью автоматизации процессов;

2. Соответствие производительности всех машин, входящих в комплект, максимальной производительности ведущей машины, выполняющей основной процесс, например, выемку и погрузку породы;

3. Принятие режима работы комплекта машин, соответствующего наиболее полному использованию рабочего времени смены (при наименьших потерях времени на холостой ход оборудования и перерывы в рабочих операциях).

Для принятия технологических схем разрабатывают детальные графики сменной, суточной и недельной работы машин, которые являются основой организации работ в карьере. Эти графики не только определяют режим организации работ, но и расчетную производительность машин.

Выбор начинают с основного оборудования для вскрышных и добычных работ. На выбор емкости ковша и рабочих размеров экскаватора влияют технология и масштаб горных работ, свойства пород и намечаемые средства механизации смежных процессов. Модели экскаваторов устанавливаются с учетом требуемой высоты и ширины забоя, максимальной высоты погрузки, типа и емкости транспортных, протяженности фронта работ и скорости его подвигания, а также условий обеспечения заданной производственной мощности карьера. Лучшей следует считать схему с установкой одного экскаватора на фронте уступа, так как одна мощная машина экономичнее нескольких машин, выполняющих тот же объем работ.

На подбор оборудования существенные влияния оказывают форма и размеры карьерного поля. Мощным экскаватором отдают предпочтение при разработке карьерных полей правильной формы и больших размеров.

При выборе оборудования для добычных работ необходимо учитывать количество сортов руд. Много сортность руд не позволяет концентрировать работы в одном или двух забоях, так как это затрудняет добычу руды установленной кондиции. Вследствие этого на добыче желательно иметь несколько добычных машин (уменьшенных размеров и производительности) и резервные забои.

Наиболее важным и ответственным является выбор транспортного оборудования. Правильный выбор и хорошая организация карьерного транспорта позволяют существенно повысить производительность экскаваторов. На выбор вида транспорта влияют прежде всего размеры и конфигурация карьера в плане, объем вскрышных и добычных работ, расстояния транспортировки, мощность экскаваторов, глубина карьера, степень освоенности района разработки.

В практике открытых горных работ вид транспорта (железнодорожного, автомобильного, конвейерного или комбинированного) обычно выбирают при проектировании способа вскрытия карьера. Затем выбирают типы транспортных средств и производят технические и экономические расчеты. Составляют графики работы транспорта и уточняют производительность экскаваторов.

Расчет потребности в буровых станках ведется в соответствии с производительностью вскрышных и добычных экскаваторов и возможной схемой расстановки оборудования на уступах. Одновременно с выбором основного бурового оборудования устанавливается возможный выход негаборита и решается вопрос о способе его разделки.

Процессы дробления, сортировки (грохочения) и обогащения добытого полезного ископаемого обычно увязываются в одном комплексе.

Выбор основного оборудования для выемочно-погрузочных работ и транспорта в значительной степени предопределяет всю технологию добычи полезного ископаемого. Он должен основываться на детальном технико-экономическом анализе принимаемых для сравнения вариантов структуры комплексной механизации с учетом возможности приобретения принятого оборудования и обеспечения надлежащего качества полезного ископаемого. Технико-экономическая оценка различных комплексов производится по всему производственному циклу с учетом переработки.

Варианты структур комплексной механизации оцениваются по минимуму приведенных затрат на 1 м³ горной массы или полезного ископаемого:

С + Н К → min,

Где С – себестоимость горной массы (полезного ископаемого), руб/м³; К – удельные капитальные вложения на 1 м³ годовой производительности карьера по горной массе (полезного ископаемого) руб/м³/год; Н – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, 1/год.

Большое количество влияющих факторов обусловливает необходимость использования при выборе технологических схем и структур комплексной механизации математических методов и быстродействующих вычислительных машин.

Классификация структур комплексной механизации.

Основное влияние на выбор структуры комплексной механизации оказывают природные и горно-технологические условия и в, первую очередь, свойства горных пород. Именно свойства пород определяют наличие или отсутствие буровзрывного комплекса, эффективность применения оборудования непрерывного действия на выемочно-погрузочных работ, выбор вида транспорта и способа отвалообразования.

Структуры комплексной механизации, применяемые и внедряемые на карьерах; В.В.Ржевский делит на шесть классов (табл. на стр. 8).

При наличии выемочно-погрузочного оборудования непрерывного действия комплексы называются выемочными, а при выемочно-погрузочном оборудовании цикличного действия – экскаваторными.

Комплексы для вскрышных работ, а комплексы для средства механизации отвальных работ, а комплексы для добычных работ - средства механизации разгрузочных работ.

Выемочно-отвальные комплексы (ВО) включают роторные и цепные экскаваторы, консольные отвалообразователи или транспортно-отвальные мосты.

Основными машинами экскаваторно-отвальных комплексов (ЭО) являются мощные вскрышные экскаваторы или драглайны, используемые для перевалки вскрышных пород в выработанное пространство. К этому же классу относятся скреперные комплексы (СО).

Характерная особенность выемочно-транспортно-отвальных комплексов – наличие непрерывной выемки и непрерывного транспорта вскрышных пород.

Экскаваторо-транспортно-отвальные комплексы (ЭТО) – класс структур, для которых характерно использование при выемки и погрузке экскаваторов цикличного действия, а для перемещения – практически всех известных видов транспорта.

Комплексы ВТР и ЭТР отличаются от предыдущих комплексов наличием разгрузочных устройств на технологическом комплексе поверхности вместо отвалообразования.

Схемы комплексов открытых горных разработок перерисовать с рис. 18 (стр. 56-57) Ржевского В.В., 2 часть.

Классификация комплексов открытых горных разработок

класс стр-ры	Наименование комплекса		Тип оборудования комплекса
		Выемочно-погрузочные работы	Транспортирование	Отвалообразование и складирование
	Выемочно-отвальный (ВО)	Роторные и цепные эк-ры	Нет	Транспортно-отвальные мосты,
				отвалообразователи
	Экскаваторно-отвальный	Вскрышные экскаваторы,	Нет	Вскрышные экскаваторы,
	(ЭО)	скреперы		скреперы
	Выемочно- транспортно-	1.Роторные и цепные экскава-	Конвейры,гидро-	1.Конвейерные отвалообразователи,
	отвальный (ВТО)	торы, гидроразмыв (М)	транспорт,авто-	гидроотвалы (М)
		2.Скальные комбайны,греб-	самосвалы,ж.д.	2.отвальные машины (С)
		ковые экскаваторы (С)	поезда
	Экскаваторно-транспорт-	Карьерные экскаваторы	1.Конвейры,гидротранспорт	1.Конвейрные отвалообразователи(М)
	но-отвальный (ЭТО)		2.Автосамосвалы,ж.д.поезда	2.Отвальные машины (С)
	Выемочно-транспортно-	1.Роторные и цепные экскава-	1.Конвейры и гидротран-	Разгрузочно-приемный комплекс
	разгрузочный (ВТР)	торы, гидроразмыв (М)	спорт (М)	оборудования
		2.Скальные комбайны,греб-	2.Автосамасвалы и ж.д.
		ковые экскаваторы (С)	поезда (С)
	Экскаваторо-транспортно-	Карьерные экскаваторы	1.Автосамосвалы и ж.д.	то же
	разгрузочный (ЭТР)		поезда (С)
			2.Конвейры и гидротран-
			спорт (М)

Таблица 7.

Технологическая классификация комплексов оборудования.

Комплексы оборудования, применяются и внедряются на карьерах, по проф. В.В.Ржевскому делятся на шесть технологических классов.

При наличии выемочно-погрузочного оборудования непрерывного действия комплексы названы выемочными, а при оборудовании цикличного действия – экскаваторными.

Комплексы для вскрышных пород обязательно включают средства механизации отвальных работ, а комплексы на полезном ископаемом – средства механизации разгрузочных работ.

Таблица. [ схема комплексов - стр. 138-139 ].

Дальнейшая дифференциация комплексов оборудования производится в тесной связи с технологией оборудования горных работ и образцами видами занятого в комплексе оборудования, при этом определяющая роль может принадлежать выемочно – погрузочному (СО) или транспортному (ЭЖО, ВКО, ЭАР) оборудованию.

Наиболее трудоемкий и дорогостоящий процесс транспортировка, поэтому минимальные затраты средств достигаются либо перемещением пород по кратчайшему расстоянию, либо использованием дешевых видов транспорта. В случае горизонтальных и пологих м-ий все вскрышные породы или их часть перемещают в выработанное пространство по кратчайшему расстоянию – поперек фронта уступа, при этом удается совмещение производственных процессов. Использование выемочно – отвальных комплексов, помимо совмещения процессов, обеспечивает непрерывность или поточность выполнения процессов.

Эффективное использование комплексов ЭО или СО обеспечивается или достаточными размерами рабочего оборудования экскаваторов ЭВГ и ЭШ или оптимальными расстояниями транспортировки для скреперов.

При перемещении мягких вскрышных пород вдоль фронта во внутренние или внешние отвалы типичны следующие комплексы оборудования:

роторные эк-ры – конвейерный тр-т – консольные отвалообразователи; (ВКО)

цепные много ковшевые эк-ры – ж.д. транспорт – абзетцеры; (ВЖО)

одно ковшевые эк-ры – конвейерный транспорт с бункерами-питателями – консольные отвалообразователи. (ЭКО)

скреперы или бульдозеры.

Комплексы оборудования при продольном перемещении полускальных и скальных пород весьма разнообразны. Они включают буровые станки различных типов, экскаваторы ЭКГ, погрузчики, почти все виды транспорта и соответствующие средства отвалообразования. Наиболее распространены комплексы с ж.д. транспортом и экскаваторным отвалообразованием (ЭЖО) – до 50% объемов работ, а также с автомобильным транспортом и бульдозерными отвалами (ЭАО).

В глубоких карьерах находят применение комплексы с комбинированным транспортом: автомобильно – железнодорожным, автомобильно – конвейерным, автомобильно – скиповым.

На карьерах нагорного типа в состав комплексов с комбинированным транспортом входят, кроме ж.д. и автомобильного, также гравитационный (по рудоспускам и породоскатам), подвесные канатные дороги, самотечный гидравлический.

Комплексы ЭТО и ЭТР характеризуются относительной независимостью выполнения процессов, степень независимости различна для различных процессов и определяется в первую очередь техн. возможностью и экономической целесообразностью создания резервов горной массы – запасы обуренной и взорванной массы создают независимость в производстве бурения, взрывания и погрузки, независимость в работе экскаватора, транспорта и отвалообразования обеспечивается за счет работы по свободному графику, наличия транспортных коммуникаций и обменных пунктов, наличия определенных емкостей на отвалах и перегрузочных пунктах.

Структурные классификации звеньев механизации и комплексов оборудования проработать самостоятельно – Ржевский В.В. стр. 141-150.