Е.В. Курехин Технологические процессы открытых горных работ

20

3.4. Расчет производительности и необходимого количества буровых станков

Бурение скважин буровым станком связано с выполнением основных и вспомогательных операций. К основным операциям относится собственно бурение скважины. К вспомогательным операциям относятся опускание, подъем, наращивание и разъединение бурового става, очистка скважины от бурового шлама, замена породоразрушающего инструмента, перемещение станка на место бурения новой скважины и др. Для конкретных условий бурения и принятого типа бурового станка с достаточной точностью можно считать, что время бурения и выполнения вспомогательных операций, приходящееся на 1м скважины, является величиной постоянной.

Сменная производительность бурового станка (м/см):

РСМ =	ТСМ −ТПЗ −ТЛН	,	(3.22)
	Т0 +ТВ

где ТСМ – продолжительность смены (ТСМ = 8), ч; ТПЗ – время на выполнение подготовительно-заключительных операций в течение смены (ТПЗ = 0,5), ч; ТЛН – время на личные надобности (ТЛН = 0,2), ч; ТВ – время на выполнение вспомогательных операций, приходящееся на 1 м скважины (ТВ = 0,05), ч; Т0 – время на выполнение основных операций, приходящееся на 1м скважины, ч:

	Т0 =	1	,	(3.23)
		υ
		Б

где υБ – скорость бурения скважины (для станков шарошечного бурения типа СБШ υБ = 15-18 м/ч, для станков вращательного бурения типа

СБР υБ = 16-30 м/ч), м/ч.

Суточная производительность бурового станка (м/сут):

РСУТ = РСМ nСМ ,

где nСМ – число смен в сутки (nСМ = 2).

Годовая производительность бурового станка (м/год):

РГОД. = РСУТ n Г,

где nГ – число рабочих дней бурового станка в году (nГ = 250). Необходимое количество буровых станков (рабочий парк):

NР.Б = РVБ , ГОД

(3.24)

(3.25)

(3.26)

где VБ – годовой объем бурения, м/год.

21

V	=	VБ.Г	,	(3.27)
Б		η
где VБ.Г – объем пород, подлежащих бурению, м3/год (см. практическое
занятие № 2).
Инвентарный парк буровых станков:
NИ.Б = NР.Б fP ,				(3.28)

где fР – коэффициент резерва (fР = 1,2-1,25).

Литература: [1, с. 22-52; 2, с. 144-150].

Практическое занятие № 4

Тема занятия: “Обоснование технологических схем выемочнопогрузочных работ одноковшовыми экскаваторами”.

Цель занятия – научить студентов разбираться в типах экскаваторных забоев, рассчитывать параметры основных элементов уступов и ширину рабочих площадок, определять производительность одноковшовых экскаваторов.

4.1. Общие сведения

Выемочно-погрузочные работы представляют собой процесс отделения породы от целика или предварительно разрыхленного массива и перемещения ее в средства транспорта или отвал. Для механизации этого процесса используют одноковшовые выемочно-погрузочные машины цикличного действия и многоковшовые экскаваторы непрерывного действия.

Производительность экскавационных машин зависит от качества подготовки экскавируемых пород, транспортного оборудования, климатических условий и др. Особое влияние на производительность вы- емочно-погрузочных машин оказывают параметры экскаваторного забоя и технология работ.

На практическом занятии № 4 рассматривают работу экскавато- ров-мехлопат как наиболее распространенного типа выемочнопогрузочного оборудования, расчет ширины рабочей площадки и основных параметров уступа.

4.2. Типы экскаваторных забоев

Различают три типа экскаваторных забоев: торцевой (боковой), тупиковый (траншейный), фронтальный (продольный) (рис. 4.1). Наибольшее распространение получил торцевой забой, при котором

22

обеспечивается высокая производительность экскаватора. Это объясняется небольшим средним углом поворота экскаватора на разгрузку (не более 90 градусов), удобной подачей транспортных средств под погрузку и минимальными простоями при перемещении транспортных коммуникаций.

а)	б)	в)
ось хода экск-ра	ось хода экск-ра	ось хода экск-ра

45°

Рис. 4.1. Типы экскаваторных забоев:

а– торцевой; б – траншейный; в – фронтальный

4.3.Расчет параметров технологических схем выемки пород мехлопатами в торцевом забое при разработке

рыхлых и скальных пород

Расчет параметров забоя технологических схем заключается в определении высоты уступа, ширины заходки, углов откоса уступа и параметров места расположения экскаватора.

При разработке мягких пород с целью исключения образования нависей и козырьков высота уступа не должна превышать максимальной высоты черпания экскаватора:

НУ MAX ≤ HЧ MAX ,

(4.1)

где НУ MAX – максимальная высота уступа, м; HЧ MAX – максимальная

высота черпания экскаватора (табл. 4.1), м;.

При разработке скальных пород высота уступа в массиве должна удовлетворять следующему условию:

НУ ≤1,5 НЧ .

(4.2)

23

В то же время высота развала в этом случае должна удовлетворять условию:

hР ≤ HЧ MAX .	(4.3)
Ширину заходки в торцевом забое определяют по формуле:
АЭ = (1,5 −1,7) RЧУ ,	(4.4)

где RЧУ – радиус черпания на горизонте установки экскаватора,

(табл.4.1) м.

Углы откосов уступа принимаются в следующих пределах:

вмассиве мягких пород рабочий α=35°-45°; устойчивый αУ = 30°-35°;

вмассиве коренных пород

рабочий α=75°; устойчивый αУ = 60°.

Общий вид технологической схемы работы экскаватора в траншейном забое при выемке мягких пород с погрузкой в автомобильный транспорт приведен на рис. 4.4.

Из схем видно, что при разработке мягких пород заходка отрабатывается за один проход экскаватора.

4.4. Расчет ширины рабочей площадки

При расчете ширины рабочей площадки необходимо исходить из того, чтобы ее ширина была минимальной. Чем меньше ширина рабочей площадки, тем больше угол откоса рабочего борта и меньше текущий коэффициент вскрыши, а это, в свою очередь, приводит к снижению себестоимости добычи единицы полезного ископаемого. Ниже рассмотрен расчет ширины рабочей площадки при разработке рыхлых и скальных пород (рис. 4.2, а, б).

При применении на карьере на вскрышных работах автомобильного транспорта ширину рабочей площадки (м) определяют следующим образом:

• по рыхлым породам

ШРП.Н = A +C2 +E +C1 +ПЭ +bП ,	(4.5)
• по взорванным породам
ШРП.СК = ВР +C2 +E +C1 +ПЭ +bП ,	(4.6)

									Таблица 4.1
		Рабочие параметры экскаваторов
Параметры				Марка экскаватора
	ЭКГ-5А	ЭКГ-8И	ЭКГ-8УС	ЭКГ-10	ЭКГ-12		ЭКГ-15	ЭКГ-20А		ЭКГ-5У
Вместимость ковша, м3	5,0	8,0	8,0	10,0	12,0		15,0	20,0		5,0
Максимальный радиус	14,5	18,4	19,8	18,4	22,5		22,6	22,1		23,7
черпания RЧ MAX, м
Максимальный радиус	12,3	16,3	17,9	16,3	19,9		20,0	20,0		22,1
разгрузки RР MAX, м
Максимальная высота	10,3	13,5	17,6	13,5	15,1		16,4	17,9		22,2
черпания HЧ MAX, м
Максимальная высота раз-	6,7	8,6	12,5	8,6	10,0		10,0	11,5		17,5
грузки HР MAX, м
											24
Радиус черпания на гори-	9,04	12,2	13,5	12,6	14,8		15,6	15,2		14,5
зонте установки экскава-
тора RЧУ, м
Радиус вращения кузова	5,0	7,8	7,8	7,7	10,0		10,0	9,6		7,78
RК, м
Радиус разгрузки при мак-	11,8	15,6	16,5	15,4	19,5		19,5	18,2		18,6
симальной высоте раз-
грузки R H, м
P
Частота вращения пово-	3,0	2,8	2,8	2,8	2,6		2,8	2,5		2,8
ротной платформы, мин
Просвет под поворотной	1,85	2,76	2,76	2,76	3,33		3,3	3,3		2,76
платформой, м
Ширина гусеничного хода	5,24	6,98	6,98	6,98	9,5		9,5	9,6		6,98
ШХ, м

25

где С2 − расстояние от нижней бровки уступа (развала) до оси транспортной полосы (табл. 4.2), м; Е − расстояние между осями автомобильных дорог (табл. 4.2), м; С1 − расстояние от оси автодороги до полосы размещения устройств электроснабжения (табл. 4.2), м; bП − ширина призмы возможного обрушения (формулы (3.19)-(3.20)), м; ВР − ширина развала взорванной породы (принимается, что погрузка взорванной породы осуществляется за два прохода экскаватора, поэтому ширина развала принимается кратной двум проходам экскаватора ВР = 2 АЭ (см. практическое занятие № 3), м.

а)

HУ

α					bП
A	C	E	C	1	ПЭ
	2
		ШРП.Н

αУ

б)

HУ

α bП

ВР	C2 E C1 ПЭ

ШРП.СК

αy

Рис. 4.2. Схема к расчету ширины рабочей площадки: а – по мягким породам; б – по взорванным породам

26

Таблица 4.2 Параметры для определения ширины рабочей площадки

с применением автотранспорта

		Расстояние	Расстоя-	Расстояние от оси	Ширина по-
		от нижней	ние	автодороги до	лосы разме-
	Марка	бровки	между	полосы размеще-	щения уст-
		уступа до	осями	ния устройств	ройств элек-
	автосамо-
	свала	оси движе-	автодо-	электроснабже-	троснабже-
		ния транс-	рог, м	ния, м	ния, м
		порта, м
		С2	Е	С1	ПЭ
	БелАЗ-540А	3,5	5,0	3,0	3,0
	БелАЗ-7548	3,5	5,5	3,0	3,0
	БелАЗ-7509	5,0	6,5	3,5	3,0
	БелАЗ-75191	7,0	7,0	4,0	3,0
	БелАЗ-7521	9,0	9,0	5,0	3,0

Примечание. Марка экскаватора (см. практическое занятие № 5) (табл.5.1).

4.5. Расчет параметров траншейного забоя

Проведение траншей как по насосом, так и по скальным породам производится в основном с применением автомобильного или железнодорожного транспорта. При применении автотранспорта погрузка горной массы осуществляется на горизонте установки экскаватора

(рис. 4.3).

Основными параметрами траншейного забоя являются: ширина траншеи по дну, ее глубина и углы откоса, а также место расположения экскаватора в траншее.

Ширина (м) траншеи по дну с применением автотранспорта определяется следующим образом:

ВТ = 2 R ЧУ .

(4.7)

27

4.6. Расчет производительности экскаваторов цикличного действия

Различают паспортную, техническую и эксплуатационную производительность экскаватора. В свою очередь эксплуатационная производительность может быть сменной, суточной, месячной и годовой.

Паспортная производительность экскаватора (м3/ч) определя-

ется только конструктивными параметрами машин:

QЭ.П =	3600 Е	,	(4.8)
	t Ц.П

где Е − вместимость ковша экскаватора, м3; tЦ.П − паспортная продолжительность цикла экскаватора (табл. 4.4), с.

Технической производительностью (м3/ч) является наибольшая возможная часовая производительность экскаватора при непрерывной работе в конкретных горно-геологических условиях:

	QЭ.Т =	3600 Е КЗ КЭ	,	(4.9)
		t Ц

КЗ − коэффициент влияния параметров забоя (КЗ=0,8-0,9); КЭ − оэффициент экскавации (табл. 4.3); tЦ − родолжительность цикла экскавации в конкретных горно-геологических условиях (табл. 4.4), с.

Коэффициент экскавации представляет собой следующее выражение:

КЭ =	КН	,	(4.10)
	КР

где КН − коэффициент наполнения ковша (табл. 4.3); КР − коэффициент разрыхления породы в ковше (табл. 4.3).

Сменная эксплуатационная производительность (м3/см) харак-

теризует объем работы, который выполняет экскаватор за смену с учетом времени на технические, технологические и организационные перерывы.

QЭ.СМ = QЭ.СМ ТЭ.СМ КИ,

(4.11)

где ТЭ.СМ − продолжительность смены (ТЭ.СМ = 8), ч; КИ − оэффициент использования экскаватора в течение смены (КИ = 0,6-0,8).

Суточная производительность экскаватора (м3/сут):

QЭ.С = QЭ.Т nЭ.СМ ,

(4.12)

Годовая производительность экскаватора (м3/год):

28

где nЭ.СМ − количество смен работы экскаватора в течение суток

(nЭ.СМ=3).

Месячная производительность экскаватора (м3/мес):

QЭ.М = QЭ.С nЭ.Р ,

(4.13)

где nЭ.Р − количество рабочих дней экскаватора в течение месяца

(nЭ.Р=21).

QЭ.Г = QЭ.С nЭ.Г ,

(4.14)

где nЭ.Г − количество рабочих дней экскаватора в году (nЭ.Г= 252).

HУ

αT

А - А

ось хода экск-ра

RЧ RЧУ

ВТ

αУ

А

А

Рис. 4.3. Технологические схемы проходки траншей мехлопатами при автотранспорте

29

Таблица 4.3 Коэффициенты разрыхления горной массы и наполнения ковша

	Категория	Расчетная	Коэффициент	Коэффициент	Коэффициент
		плотность	разрыхления	наполнения	экскавации
	пород по	горной массы	породы в	ковша	(мехлопаты)
	блочности	в целике,	ковше
		кг/м3
			КР	КН	КЭ
	I	1600	1,15	1,05	0,91
	II	1800	1,25	1,05	0,84
	III	2000	1,35	0,95	0,70
	IV	2500	1,50	0,90	0,60
	V	3500	1,60	0,90	0,56

Примечание. Единые нормы выработки (ЕНВ) на открытые горные работы (1989 г.).

Таблица 4.4 Время цикла экскаватора при погрузке в транспортные сосуды, с

	Категория		Марка экскаватора
	пород
		ЭКГ-5А	ЭКГ-8И	ЭКГ-12	ЭКГ-20
	по блочности
	I	25,0	29,0	31,5	32,5
	II	27,7	32,1	34,8	35,8
	III	29,8	34,7	38,0	38,8
	IV	31,7	36,9	40,1	41,2
	V	33,2	38,2	41,3	42,7
	Паcпортное время	23	26	28	28
	цикла tЦ.П, с

Примечание. Время цикла экскаватора ЭКГ-10 может быть принято равным времени цикла ЭКГ-8И, а для экскаватора ЭКГ-15 – равным времени цикла ЭКГ-12.

Необходимое количество экскаваторов в работе (рабочий парк):

NЭ.Р = VГ.Г , (4.15) Q

Э.Г

где VГ.Г − годовой объем горной массы, перерабатываемой карьером (практическое занятие № 2), м3/год.