Технологические схемы с консольными отвалообразователями и транспортно-отвальными мостами

 

Выемочно-отвальные комплексы отличает от экскаваторно-отвальных разделение функций выемки и перемещения породы в отвал между разными типами машин: многоковшовыми экскаваторами и консольными отвалообразователями или транспортно-отвальными мостами (табл. 8.5).

Технологические схемы с роторными экскаваторами и консольными отвалообразователями применяют в основном в мягких и плотных породах мощностью до 70–90м на горизонтальных и пологих (с углом падения 3–4°) залежах с большими запасами полезного ископаемого в районах с относительно сухим теплым климатом или при сезонном выполнении вскрышных работ. К их достоинствам относят: непрерывность производственного процесса, высокие коэффициент использования оборудования во времени и производительность труда, улучшение устойчивости отвальных откосов из-за возможности управления общим углом их заложения. Основной недостаток: простои комплексов при низких температурах, что требует резерва запасов (зимних запасов).

Система разработки чаще всего продольная однобортовая. Способы вскрытия рабочих горизонтов те же, что и при перевалке пород во внутренние отвалы.

Консольный отвалообразователь размещают на кровле или почве добычного уступа, реже, на предотвале. Между роторным экскаватором и отвалообразователем тогда размещают перегружатель, что позволяет создавать значительный объем зимних запасов. На добычных работах заняты роторные экскаваторы, реже мехлопаты. Транспорт полезного ископаемого – конвейерный или железнодорожный, а при использовании одноковшовых экскаваторов и автомобильный.

Параметры технологических схем зависят от места установки отвалообразователя. Определение элементов системы разработки ведут исходя из соблюдения того же принципа, что и при перевалке пород: равенства объемов породы по вскрышной и отвальной заходках.

Рис. 9.4. Схема к определению параметров консольного отвалообразователя (по М.Г. Новожилову)

Рассмотрим в качестве примера схему с расположением консольного отвалообразователя на кровле, добычного уступа (рис. 9.4). В этой схеме А_в = А_о = А, а зимние запасы размещены под отвальной консолью отвалообразователя.

 

Необходимый радиус разгрузки отвалообразователя (м):

R_р ≥ H_о·сtg β_о + а + h·сtg α + В + δ_п + Т +0,5·Ш – е, (9.16)

где В – ширина полосы зимних запасов, м; Ш – ширина ходовой части отвалообразователя с учетом перемещения лыж при его повороте, м; е – выброс породы с барабана отвалообразователя (п. 6.4), м. Остальные обозначения – прежние (п. 9.4).

Высота отвала, необходимая для размещения пород вскрыши (м):

Н_о = С_ф ·К_р ·Н + 0,25·А·tg β_о ·tg β₁, (9.17)

с учетом рабочих параметров отвалообразователя:

Н_о = Н_р.max – h – Δh, (9.18)

где С_ф – коэффициент, учитывающий соотношение длин вскрышного L_в и отвального L_о фронтов работ (С_ф = L_в /L_о), м; Н_р.max – максимальная высота разгрузки отвалообразователя, м; Δh – безопасный зазор между отвальной консолью и гребнем отвала (Δh = 5–7), м; β₁ – угол откоса отвального яруса при его отсыпке по гребню, град.

Необходимая ширина полосы зимних запасов (м), с учетом оставления их части в добычной заходке засчет опережения по фронту между отвалообразователем и добычным экскаватором при холостых перегонах оборудования [32]:

, (9.19)

где А_р – годовая производительность, карьера по полезному ископаемому, т; N_з – продолжительность простоя комплекса в зимний период, мес.; L_p – длина добычного фронта, м; А_д – ширина добычной заходки, м; L_д – минимально допустимое опережение добычного забоя отвалообразователем по правилам безопасности (не меньше двух радиусов действия машин), м. Остальные обозначения даны в п. 8.5.

Величину а находят, так же как и в схемах с перевалкой. Если транспортные коммуникации располагают на почве пласта, то из формулы (9.16) исключают Т, так как она будет учтена в ширине полосы а.

Длина отвального фронта меньше длины вскрышного на величину заложения откосов отвалов и добычных уступов. Если карьерное поле вскрыто одной - двумя траншеями, то

L_о ≈ L_в – n_в·(H_o·ctg β_o + h·ctg α). (9.20)

а при вскрытии двумя фланговыми и одной центральной траншеями

L_о ≈ L_в – 2·(2·H_o·tg β_o + h·ctg α). (9.21)

здесь n_в = 1–2 – число вскрывающих траншей.

По выражениям (9.16) – (9.21) с учетом формулы (9.12) подбирают отвалообразователь или устанавливают максимальную мощность вскрыши, отрабатываемой конкретным комплексом оборудования.

Транспортно-отвальный мост представляет собой агрегат непрерывного действия, предназначенный для перемещения вскрыши во внутренний отвал от цепных многоковшовых или роторных экскаваторов. Он состоит из фермы с расположенными внутри ее одним или несколькими ленточными конвейерами. Ферма опирается на 2-4 опоры, снабженные двигателями для перемещения по рельсовым путям или гусеничными тележками. Мосты, как правило, проектируют для конкретных условий.

Выемку вскрыши ведут в один или два уступа. Комплекс оборудования помимо мостовой установки включает от одного до четырех экскаваторов, размещаемых с одной или с двух сторон моста, путепередвигатель непрерывного действия или турнодозер, а также другие вспомогательные машины. Более благоприятно двустороннее расположение машин, а при веерной системе разработки – одностороннее со стороны торца карьера.

Забойную опору моста располагают на вскрышном уступе или пласте полезного ископаемого, отвальную – на кровле, почве добычного уступа или предотвале (рис. 9.5). Высота отвальной опоры должна обеспечивать свободный проход добычного оборудования, поэтому она больше, чем высота забойной. Расположение одной из опор на предотвале высотой Н_о΄= 5–10 м (реже 15–20 м) позволяет уменьшить длину отвальной консоли и обеспечить максимальный объем зимних запасов (рис. 9.5, б). Однако эта схема возможна лишь при укладке в отвал достаточно устойчивых пород. Поэтому размещение опоры на добычном уступе более надежно.

Транспортно-отвальный мост имеет некоторую подвижность в вертикальной и горизонтальной плоскостях, что позволяет приспосабливать его к изменениям условий работы, но все равно предъявляет жесткие требования к выдержанности гипсометрии пласта, состоянию рабочих площадок и конфигурации карьерного поля.

Добычные горизонты обычно вскрывают фланговыми траншеями внешнего заложения, а подготовку карьерного поля осуществляют разрезной траншеей, проходимой на всю длину карьерного поля. Ширина разрезной и одной из въездных траншей должна быть достаточна для ввода моста в карьер. Предпочтительнее веерная система разработки, так как в этом случае отпадает необходимость в постоянном наращивании соединительных и переносе криволинейных участков железнодорожных путей.

Основные характеристики моста: длина отвальной консоли L_к (м) и пролетного строения L_п (м) взаимосвязаны с элементами системы разработки.

При расположении обеих опор в пределах рабочей зоны (схема а)

L_к = (П–f) + h₁·ctg α + a + H_o·ctg β_o; (9.22)

L_n = l+H₁·ctg β + c + B + h₂·ctg α + f, (9.23)

где П – ширина рабочей площадки на кровле нижнего добычного уступа, зависящая от схемы размещения транспортных коммуникаций, м; f – расстояние от оси опоры моста до нижней бровки верхнего добычного уступа, определяемое конструкцией ходового устройства моста, м; h₁ и h₂ – высота добычных уступов (h₂ принимают обычно минимальной – 1,5–2,5), м; l – расстояние от оси опоры моста до верхней бровки уступа (зависит от конструкции ходового устройства, рабочих параметров экскаватора и устойчивости пород), м; с – ширина бермы на втором добычном уступе, определяемая в соответствии с конструкцией и расположением добычного экскаватора или по правилам безопасности, м.

а б Рис. 9.5. Схема к расчету параметров транспортно-отвального моста: а – при размещении отвальной опоры на добычном уступе; б – при размещении отвальной опоры на предотвале

При расположении одной из опор на предотвале (схема б)

L_к =f₂ + (H_o – H_о´)·ctg β_o. (9.24)

L_п = l +H₁·ctg β + c + B + h·ctg α+ а + H_о´·ctg β_o + f₁, (9.25)

здесь Н_о' – высота предотвала. м; l – расстояние, от опоры моста до верхней бровки ecnegf, устанавливаемое в зависимости от конструкции опоры и устойчивости пород; f₁ – расстояние от оси отвальной опоры моста до верхней бровки предотвала, м, f₂ – то же до нижней бровки верхнего яруса отвала, м

При параллельном перемещении фронта работ

, (9.26)

при веерном

, (9.27)

Производительность транспортно-отвального моста на 20–30 % и более ниже суммарной производительности соединенных с ним экскаваторов за счет работы неполным комплектом оборудования в торце и переменной толщины стружки при веерном перемещении фронта работ.

Технологические комплексы с транспортно-отвальными мостами применяют на карьерах большой производительностью (не менее 25–30 тыс. м³/сут) при разработке горизонтальных и пологих (угол падения до 2–3º) пластовых залежей мощностью 5–20 м с большими запасами полезных ископаемых, покрытых рыхлыми отложениями мощностью до 40–60 м. Основные недостатки: громоздкость и значительная стоимость оборудования, большой объем горно-капитальных работ, сезонность работы.

Вопросы организации вскрышных и добычных работ, отработки торцевых участков, вскрытия рабочих горизонтов, горнокапитальных работ даны в учебном пособии [32].

Комбинированные технологические схемы применяют в тех случаях, когда рабочие параметры оборудования не позволяют отрабатывать всю мощную толщу покрывающих пород комплексами ЭО и ВО. Сначала устанавливают наибольшую мощность нижней вскрышной зоны, разрабатываемой с перевалкой породы в отвалы или с использованием консольных отвалообразователей, транспортно-отвальных мостов. Верхнюю зону (передовые уступы) отрабатывают с перемещением вскрыши в отвалы средствами транспорта [32].