6.2,А), а забой-площадка — вниз (см. Рис. 6.2, б).

Форма забоев зависит от способа действия выемочных ма­шин, состояния пород и углов их откоса в массиве или развале.

Например, при выемке мягких пород экскаватором типа мех­лопаты торцовый забой имеет округлую форму в плане и вог­нутую в профиле (см. рис. 6.2, а), что предопределяется ха­рактером движения ковша в забое и поворотами экскаватора;

Рис. 6.3. Схемы способов выемки и погрузки:

а — верхнее черпание и нижняя погрузка; б — верхние черпание и погрузка; в — ниж­ние черпание н погрузка; г — смешанная схема

торцовый забой, разрабатываемый бульдозерами, имеет клино­образную форму (см. рис. 6.1, е) и т. д.

К забоям принято относить также призабойное простран­ство в пределах радиуса действия выемочных машин. Поэтому часто говорят «обмен транспортных средств в забое», «выемка в забое» и т. д.

По взаимному расположению забоя и горизонта установки экскаватора различают способы выемки верхним черпа­нием (забой расположен выше горизонта установки машины), нижним черпанием, смешанным (нижним и верхним) черпанием. Аналогично различают и способы погрузки: нижнюю, верхнюю и смешанную (рис. 6.3). Смешан­ная погрузка одновременно или поочередно включает нижнюю и верхнюю погрузку на промежуточный транспортный гори­зонт.

6.2. Типы заходок

В результате перемещения забоев в пределах определенного участка развала или массива уступа последовательно отраба­тываются породные полосы, называемые заходками.

Часть заходки, выемка которой характеризуется закончен­ным технологическим циклом основных и вспомогательных операций выемочной машины, называется забойным бло­ком.

По расположению относительно фронта работ уступа за­ходки подразделяются (рис. 6.4) на продольные (ориенти­рованы вдоль фронта работ уступа), поперечные (направ­лены вкрест фронта) и диагональные (ориентированы

Рис. 6.4. Типовые схемы заходок:

а —тупиковая траншейная продольная; б — тупиковая эксплуатационная продольная; в — сквозная нормальная; г — сквозная узкая; д — сквозная диагональная; е — сквоз- *

поперечная (все сквозные заходки — эксплуатационные)

в промежуточном направлении). Продольные заходки воз­можны при всех видах транспорта, диагональные — при желез­нодорожном и автомобильном, а поперечные — при автомо­бильном и конвейерном.

Ширина заходки А при торцовом забое и забое-площадке соответствует ширине этих забоев; при продольном забое ши­рина заходки равна толщине одного или нескольких слоев выемки (A — t или А = 2/). Высота заходки Н_зх обычно равна высоте уступа (подуступа) или развала в пределах заходки. Она может быть также равна высоте части развала, если в профиле выемка пород по высоте развала производится не­сколькими заходками.

По ширине заходки подразделяются на нормальные А_н, У³' кие А_у и широкие А_ш (см. рис. 6.4).

В нормальных заходках выемка породы произво­дится при постоянном положении оси движения выемочных ма­шин по длине заходки и максимальном использовании их ра­бочих параметров.

Например, при торцовом забое эта ширина равна длине лемеха бульдозера или 1,7 R₄ (R₄ — радиус черпания мехлопат), а при продольном забое — максимальной тол­щине одного или нескольких слоев выемки.

Узкие заходки отличаются от нормальных неполным использованием рабочих параметров выемочных машин при постоянном положении оси перемещения их вдоль заходки.

Широкие заходки при всех типах забоев характеризу­ются переменным положением оси движения выемочных машин в плане при выемке породы по длине заходки’

По характеру движения транспортных средств при выемке пород в пределах заходок последние подразделяются на тупи­ковые и сквозные (см. рис. 6.4).

Тупиковые заходки (см. рис. 6.4, а, б) характеризу­ются возможностью движения транспортных средств только в пределах выработанного пространства отрабатываемой за­ходки. Они подразделяются на траншейные и эксплуа­тационные, последние применяются при ограниченной ши­рине рабочих площадок уступа. Работа выемочных машин в тупиковых заходках обычно связана с увеличением продол­жительности цикла погрузки транспортных средств, времени обмена последних в забое и с наращиванием транспортных коммуникаций по мере подвигания забоя.

Сквозные заходки (см. рис. 6.4,в—е) позволяют орга­низовать движение транспортных средств в пределах всей длины заходки и типичны для эксплуатационного периода от­работки уступа. Верхняя погрузка при проходке траншей по­зволяет работать экскаватору в сквозной траншейной заходке.

По структуре заходки могут быть однородными и раз­нородными, а также сложноразнородными.

Разнородные заходки характеризуются последовательной пе­ремежаемостью по длине отдельных блоков пустых пород, по­лезного ископаемого и е^о отдельных сортов, поэтому забои в этих заходках простые и выемка валовая.

Сложноразнородными называются заходки, в пределах ко­торых невозможно выделить блоки только с пустыми поро­дами или отдельными сортами полезного ископаемого, в этих заходках забои сложные, а выемка в них раздельная.

Любой уступ отрабатывается панелями — полосами пород­ного массива вдоль фронта работ уступа. Отработка каждой такой полосы характеризуется новым положением основных транспортных коммуникаций вдоль фронта работ уступа. В ре­зультате отработки панелей происходит перемещение фронта работ уступа ¹.

Часть панели, разрабатываемая отдельной выемочной ма­шиной, называется блоком панели. Часто блок панели назы­вают по виду выемочного оборудования, например, экскаваторный блок, скреперный блок и т. п. Понятия панели и блока панели относятся только к массиву горных по­род в пределах уступа, но не к развалу.

При выемке пород непосредственно из массива в ряде слу­чаев заходки являются и блоками панелей или панелями. Раз­личные способы отработки панелей рассматриваются в после­дующих главах.

Вопрос №84 Экскавируемость горных пород.

Экскавируемость горных пород в массиве.

Выемка (копание) породы производится последовательным отделением стружек в слое выемки. Процесс копания включает резание (скол) стружки и перемещение срезанной породы по поверхности экскавирующего органа. Форма поперечного сечения стружек (тел выкола) и их фактические размеры зависят от схемы копания, типа и структуры экскавируемых пород.

Равномерно, при примерно постоянных усилиях, происходит копание пластичных связных пород с образованием «слив­ной» стружки постоянного сечения.;. В суглинках, супесях, а также мерзлых глинах отделение «элементной» стружки отличается от образования слив­ной стружки небольшим расширением и значи­тельным дроблением породы по естественным микроповерхно­стям ослабления (рис. 6.6, б); при этом Плотные породы, а также мерзлые суглинки, супеси и уплотненные глины экскавируются стружками отрыва с боковым и опережающим выколом и дроблением породы на мелкие и средние куски.

Отдельными типами выемочных машин возможно произво­дить копание трещиноватых полускальных пород. Обычно раз­рушение трещиноватого массива при выемке происходит сразу по нескольким направлениям, и порода экскавируется отдель­ными структурными телами выкола — происходит «разборка» массива.

Для процесса копания полускальных пород характерно резкое изменение усилий и скорости движения экскавирующего органа. Величина Kf зависит не только от прочности породы в куске, но и от трещиноватости массива, характеризуемой ко­эффициентом его структурного ослабления 𝛌 непосредст­венно по поверхности копания. Копание по самим по­верхностям ослабления массива ведет к уменьшению величин Kf в 3—30 раз по сравнению с копанием перпендикулярно, к трещинам, что зависит в первую очередь от вида трещин. Минимальное уменьшение Kf характерно при сомкнутых шеро­ховатых трещинах, а максимальное — при раскрытых трещи­нах. При копании под углом и параллельно трещинам вели­чина Kf уменьшается соответственно в 1,1—1,6 и 1,3—3 раза. Копание под углом к трещинам является наиболее типичным случаем, при этом 𝛌=0,60,9.

Удельное сопротивление копанию мерзлых мягких и плот­ных, а также промерзших полускальных пород значительной влажности в несколько раз выше, чем со­противление тех же пород в талом состоянии, и зависит от глубины промерзания массива. Увеличение Kf при малой влажности мерзлых пород (W=2-4-6 %) незна­чительно.

На величину Kf влияет и тип применяемой выемочной ма­шины (экскавирующего органа). Удельное сопротивление ко­панию одной и той же породы неодинаково при использовании различного выемочного оборудования. Например, при выемке суглинков и легких глин мехлопатой, драглайном, роторным экскаватором и скрепером оно находится соответственно в пре­делах 0,06—0,13; 0,1—0,19; 0,15—0,29 и 0,095—0,18 МПа.

Величина Kf при экскавирующем органе определенного типа зависит также от его конфигурации, толщины режущих кромок, угла и схемы копания, размеров стружки.

Уменьшение удельного и общего сопротивления копанию плотных и мерзлых пород достигается использованием у одно­ковшовых и многоковшовых экскаваторов ковшей полукруглой формы с острой режущей кромкой, выпуклой в плане и про­филе (Кр снижается на 10—20%), а при выемке роторными экскаваторами — увеличением числа одновременно режущих ковшей и установкой дополнительных режущих кромок или рыхлителей (Kf снижается на 8—15%). Затупление зубьев ведет к росту Kf на 10—30%- Максимальное значение Kf со­ответствует углу копания в профиле забоя 30—50°. Скорость копания в пределах до 2,5—4 м/с практически не влияет на величину Kf-

Влияние схемы копания на величину Kf зависит от струк­туры массива. При полусвободном и свободном копании удель­ное сопротивление ниже, чем при блокированном копании со­ответственно на 10—40 и 30—70 %. Максимальная разница ха­рактерна для пород с резко выраженной блочностью (слоисто­стью) .

При увеличении до определенных пределов площади (тол­щины) стружки Kf уменьшается вследствие снижения степени дробления породы и удельного значения зоны уплотнения. Ве­личина и предел уменьшения Kf при увеличении толщины стружки тем больше, чем выше прочность экскавируемой по­роды и зависят от трещиноватости массива. Рациональным при выемке мехлопатами является отношение тол­щины и ширины стружки t: b= 0,10,33, а при выемке ротор­ными экскаваторами t:b1.

Каждая модель выемочной машины (например, мехлопаты с ковшами различной емкости) характеризуется расчетным (номинальным) усилием копания Р_н, а следовательно, и но­минальными размерами стружек при необходимом усилии ко­пания Р_к. Для маломощных выемочных машин, у которых малы Р_н и расчетная толщина стружки, уменьшение последней не позволяет наполнить ковш на пути черпания. Это сужает диа­пазон пород, которые можно экскавировать из массива мало­мощными машинами. С увеличением мощности выемочных ма­шин уменьшается влияние сопротивления пород экскавации на техническую возможность выемки и производительность обору­дования.

Снижение требуемого усилия копания, помимо уменьшения толщины стружек, достигается:

применением свободной схемы копания, особенно при вы­емке скальных включений, для чего создаются дополнительные поверхности их обнажения;

использованием силы тяжести породы в верхней части за­боя для ее самообрушения или образования зоны предразрушения (пластических деформаций); многократными резами экскавируемого органа в пределах одной стружки, что увеличивает структурное ослабление близ­лежащего участка массива;

уменьшением длины стружек, что при выемке машинами цикличного действия достигается выводом экскавируемого ор­гана из забоя, а у машин непрерывного действия — увеличе­нием числа режущих органов с уменьшением расстояния ме­жду ними.

Таким образом, на эффективность выемки влияют как физико-технические характеристики горных пород, так и тип при­меняемой выемочной машины, а также технологические пара­метры забоя. Тип выемочной машины, ее модель и параметры забоя должны соответствовать физико-техническим характери­стикам разрабатываемой породы, прежде всего ее экскавируемости, определяемой сопротивлением копанию. Вместе с тем экскавируемость породы, как показано выше, зависит от механизации и технологии выемки.

Вопрос №85. Технология выемки и перемещения горных пород скреперами, бульдозерами и погрузчиками.