диссертация. Катышев Павел Викторович обоснование технологии выемки пологопадающих угольных месторождений при веерной системе разработки специальность 25. 00. 22 Геотехнология подземная, открытая и строительная диссертация
 Скачать 7.38 Mb.
|
|
3.2 Мероприятия для стабилизации производительности роторных выемочно-погрузочных комплексов при отработке КЭБ 3.2.1 Работа роторного комплекса диагональным забоем Анализ условий работы выемочно-погрузочного комплекса в постоянно изменяющихся горнотехнических условиях позволил создать технологическую схему отработки КЭБ не фронтальным, как при параллельном подвигании фронта, а диагональным забоем рис. 3.10, 3.11). Особенностью данной схемы является то, что угол между забоем и линией фронта горных работ Ω – изменяется по мере отработки выемочного блока для обеспечения оптимальной ширины экскаваторной заходки [58]. Рисунок 3.10 – Параметры рабочей площадки верхнего добычного подуступа с шириной клиновидной заходки 30 м при работе диагональным забоем 72 На рис. 3.10 иллюстрированы параметры рабочей площадки добычного уступа при ширине заходки равной 30 м, на рис. 3.11 – при ширине экскаваторной заходки 10 м. Как видно на рисунках, организация работы роторного комплекса диагональным забоем позволяет увеличить ширину заходки, тем самым устранить работу экскаватора в узкой части КЭБ. Рисунок 3.11 – Параметры рабочей площадки верхнего добычного подуступа с шириной клиновидной заходки 10 м при работе диагональным забоем Ширину диагонального экскаваторного забоя регулируем углом Ω между верхней бровкой экскаваторного забоя и контуром соседней заходки. Для определения угла Ω рассмотрим клиновидную заходку в плане рис. 3.12). 73 Рисунок 3.12 – Схема КЭБ в плане На расстоянии шага передвижки экскаватора проводим перпендикуляр к границе следующей заходки, его длину определяем по формуле, м Δl) (L tga ф ф, (3.18) где ∆l – шаг передвижки экскаваторам. Из треугольника ABD находим угол ε, град ф 180 ε (3.19) Тогда В sin a γ max ф, (3.20) ε γ 180 β 1 (3.21) 74 Определяем искомый угол, град 1 β 90 Ω , (3.22) или ф max ф ф ф) На основании вышеприведенных уравнений был построен график рис. 3.13) – изменение угла поворота забоя Ω от длины фронта горных работ. Рисунок 3.13 – Изменения угла поворота забоя от длины фронта горных работ Видно, что угол поворота забоя Ω при длине выемочного блокам по мере отработки фронта горных работ от 1000 дом изменяется от 35 до 22 град, тем самым регулируя ширину экскаваторной заходки при отработке клиновидно-эксплуатационного блокам мм мм Длина фронта горных работ, м Угол Ω , град Длина выемочного блокам м 75 Также построен график изменения ширины экскаваторной заходки при отработке КЭБ фронтальными диагональным забоем (рис. 3.14). Рисунок 3.14 – Изменения ширины экскаваторной заходки от длины фронта горных работ При отработке КЭБ диагональным забоем ширина экскаваторной заходки больше чем фронтальным, так, при отработке участка горных работ – 1500 м ширина экскаваторной заходки при диагональном забое будет равна 42 м, а фронтальным 30 м. Таким образом, вышеприведенный технологический способ позволяет регулировать ширину экскаваторной заходки по всей длине фронта горных работ. 3.2.2 Технологический способ отработки КЭБ блочной выемкой Для исключения работы выемочно-погрузочного комплекса в узких частях КЭБ предлагается следующий технологический способ [59]. 0 10 20 30 40 50 60 0 260 520 780 1040 1300 1560 1820 2080 2340 Диагональный забой Фронтальный забой Ширина экскаваторной заходки, м Длина фронта горных работ, м 76 Отработку выемочных блоков производят с фланга максимальной шириной экскаваторной заходки B max по направлению к стационарному поворотному пункту на расстояние ф, позволяющее осуществить поворот забойных транспортных коммуникаций к следующему выемочному блоку (рис. 3.15). Последующие выемочные блоки отрабатывают по вышеприведенной схеме, при этом вовлекая в разработку неотработанные участки предыдущего хода [60]. Таким образом, исключается работа выемочно-погрузочного комплекса в узких частях КЭБ за счет блочной выемки. Рисунок 3.15 – Технологическая схема блочной выемки КЭБ: 1 – капитальная траншея 2 – разрезная траншея 3 – магистральные транспортные коммуникации 4 – забойные транспортные коммуникации 5- стационарный поворотный пункт 6 – роторный комплекс 7 – перегружатель; 8 – линия прекращения работ на ом выемочном блоке Необходимое расстояние отработки выемочного блокам ф2 ф ф, (3.24) 77 где ф – длина неотработанного участка КЭБ, м sin ф, (3.25) где e – безопасное расстояние от забоя до транспортных коммуникаций, м φ – угол между транспортными коммуникациями и первоначальной линией фронта горных работ, град. Реализация данного технологического способа предусматривает выемку КЭБ разной длины а, следовательно, и объема. На основании вышеприведенных зависимостей была построена диаграмма изменения объема выемочных блоков по мере развития фронта горных работ в плане (рис. 3.16) с технологическими параметрами, аналогичными верхнему добычному подуступу разреза «Березовский-1»: длина фронта горных работ (ф м максимальная ширина на фланге (B max )-60 и мощностью слоя выемки (h ум. Рисунок 3.16 – Изменения объема выемочных блоков от угла поворота фронта горных работ при использовании блочной выемки 2340 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 1 4 7 10 12 15 18 21 23 26 29 32 34 37 40 43 Объмы КЭБ с блочной выемкой Объем целого КЭБ Объем выемочных блоков, тыс. м 3 Угол поворота фронта горных работ, град. 78 Таким образом, выемка горной массы по вышеприведенному способу сопровождается изменением объема выемочного блока на каждую передвижку забойных транспортных коммуникаций, так при развитии горных работ с 1 до 3 град. объем выемочного блока увеличивается на 881 тыс. мс условием R 1 =100 м. Применение блочной выемки КЭБ позволяет отрабатывать выемочные блоки до ширины экскаваторной заходки равной max min B 5 , 0 B , с условием передвижки линии забойных транспортных коммуникаций к следующему КЭБ. 3.2.3 Технологический способ отработки КЭБ с проходкой опережающей выработки Во избежание работы роторного комплекса в узких частях вынимаемого блока предлагается следующее технологическое решение проходка опережающей выработки у поворотного пункта. Перед началом выемки КЭБ во избежание снижения производительности выемочно-погрузочного комплекса, из-за уменьшения ширины экскаваторной заходки производят проходку опережающей выработки от поворотного пункта в направлении границы карьерного поля в пределах выемочного участка. Параметры опережающей выработки составляют ширина В длина L в Выработку проходят на длину до участка фронта работ, где появляется В – допустимо минимальная ширина экскаваторной заходки в КЭБ (рис. 3.17). После проходки опережающей выработки ведется разработка КЭБ в направлении границы карьерного поля. Отработка данного участка осуществляется в две заходки по челноковой схеме без передвижки транспортных коммуникаций. После полной выемки КЭБ выемочно-погрузочный комплекс разрабатывает новую опережающую выработку с погрузкой полезного ископаемого на магистральные транспортные коммуникации, одновременно с этим осуществляется передвижка забойных транспортных коммуникаций, что ведет к непрерывной подаче полезного ископаемого, после чего происходит повторение вышеперечисленных технологических операций [61]. 79 Рисунок 3.17 – Опережающая выработка при отработке КЭБ Однако проходка опережающей выработки у поворотного пункта с целью компенсации критического снижения производительности роторного экскаватора, возможна лишь для верхнего угольного уступа и связана с необходимостью строительства аналогичных ниш по всем вскрышным уступам. Это, даже при минимальных ее параметрах по углю длинами ширина 60 м, требует выполнения внеочередного объема вскрышных работ в размере от 2,0 млн. м 3 (см. табл. 3.3). Таблица 3.3 – Параметры опережающей выработки на фланге у поворотного пункта на примере разреза «Березовский-1» [42] Длина выработки, м Ширина выработки, м Ширина добычной заходки у выработки, м Количество отрабатываемых добычных заходок, ед Объѐм угля в выработке, м 3 Объем вскрышных работ для проходки опережающей выработки, м 300 60 7 8 540000 2 030 400 350 60 8 7 630000 2 210 400 400 60 9 6 720000 2 390 400 450 60 10,5 5 810000 2 570 400 500 60 11,5 5 900000 2 750 400 550 60 13 4 990000 2 930 400 600 60 14 4 1080000 3 110 400 650 60 15 4 1170000 3 290 400 700 60 16 3 1260000 3 470 400 80 Проходка опережающей выработки у поворотного пункта для устранения снижения производительности роторного экскаватора решает проблему работы выемочно-погрузочного оборудования в узкой части экскаваторной заходки. Так при длине опережающей выработки равной 550 м, минимальная ширина экскаваторной заходки последующих х выемочных блоков будет равна 13 метрам или 21 % от максимальной ширины экскаваторной заходки. Вышеизложенное доказывает изменение производительности роторного экскаватора при работе в клиновидно-эксплуатационном блоке, а также необходимость в использовании специальных технологических решений, позволяющих повысить эффективность выемки запасов полезного ископаемого при веерном подвигании фронта горных работ и регулировать производительность выемочно-погрузочной техники в постоянно изменяющихся горнотехнических условиях. При веерной системе разработки в процессе подготовки горных пород к выемке требуется удаление вскрышных пород выемочными блоками переменной ширины (КЭБ) аналогичных по форме как на добычных работах. Таким образом, на примере разреза «Березовский-1», где вскрышные работы ведутся экскаваторами типа мехлопата, были проведены исследования изменения производительности выемочно-погрузочного оборудования цикличного действия при отработке КЭБ. 3.3 Динамика производительности выемочно-погрузочного оборудования цикличного действия при отработке КЭБ В данном разделе рассматривается изменение производительности экскаваторов типа мехлопата от ширины заходки при отработке КЭБ. Не вызывает сомнения утверждение об изменении производительности экскаватора при переходе на веерное подвигание фронта. Основной причиной изменения производительности является увеличение времени вспомогательных операций, 81 связанных с подъездами экскаватора, его маневрированием, врезкой в новую заходку, частыми переездами из-за уменьшения ширины заходки и др. Методика расчета производительности экскаваторов типа мехлопата заключается в определении эксплуатационной производительности при работе клиновидной заходки с учетом дополнительных затрат времени на вспомогательные операции при частых переездах экскаватора из-за уменьшения ширины заходки. Выемочный блок по длине разбивается на количество участков, соответствующих количеству переездов экскаватора с одной точки работы наследующую, те. на расстояние равному R ч.у. работающего экскаватора и по мере роста количества передвижек экскаватора пропорционально увеличивается время на вспомогательные операции, которое вычитается из чистого времени работы выемочно-погрузочного оборудования за смену. Методика определения производительности выемочной техники цикличного действия [54]: Теоретическая производительность экскаваторам ч теор t V 3600 Q , (3.26) где V – вместимость ковша экскаваторам время рабочего цикла, с. Техническая производительность экскаваторам ч пр р э еор т тех t t к, (3.27) где к э – коэффициент экскавации, 1 р н э к к к ; кн коэффициент наполнения ковша кр коэффициент разрыхления породы t р – время непрерывной работы на одном месте, мин t п – время передвижки экскаватора на другое место работы, мин. 82 Действительный объем породы, отрабатываемый за смену, определяется из следующей зависимости, м 3 /см: ис тех э, (3.28) где T – продолжительность смены, ч k ис – коэффициент использования сменного времени экскаватора, при погрузке в железнодорожный транспорт k ис = 0,5÷0,8, в автосамосвалы, на конвейер ив отвал k ис = 0,8÷0,9. Для исследования изменения производительности выемочной техники цикличного действия в КЭБ были выбраны 5 экскаваторов с различными техническими и технологическими параметрами, исходные данные которых представлены в табл. 3.4. Таблица 3.4 – Исходные данные для расчета производительности экскаваторов ЭКГ, ЭКГ, ЭКГ, Hitachi ЕХ3600-6 LD, P&H 2300 XPC [54] Показатели Обоз. Ед. изм. ЭКГ ЭКГ ЭКГ Hitachi ЕХ3600-6 LD P&H 2300 XPC Емкость ковшам Ширина экскаваторной заходки Ан м 15 20 21 26 21 Максимальная высота черпания ч м 10,3 12,5 13,5 16,3 13,5 Радиус черпания уровне стояния R чу м 9,04 12,2 12,6 15,22 14,2 Наибольшая высота разгрузки Н рmax м 6,7 9,2 8,6 10,99 8,5 Cкорость передвижения v км/ч 0,55 0,45 0,42 0,4 0,39 Масса m т 196 370 395 359 774,8 Среднее удельное давление на грунт Мпа 0,211 0,199 0,216 0,178 0,288 Продолжительность смены Т ч 11 11 11 11 11 Коэффициент использования сменного времени экскаватора Кис ед 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 Продолжительность цикла экскавации Тц с 43 63 65 68 70 Коэффициент наполнения ковша кн ед 0,9 0,9 0,85 0,9 0,9 Коэффициент разрыхления породы кр ед 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 Коэффициент экскавации к э ед 0,69 0,69 0,65 0,69 0,69 83 Результаты расчетов производительности экскаваторов при оптимальных горно-технологических условиях представлены в табл. 3.5 Таблица 3.5 – Результаты расчета производительности экскаваторов ЭКГ, ЭКГ, ЭКГ, Hitachi ЕХ3600-6 LD, P&H 2300 XPC Показатели Обоз. ед. изм. ЭКГ ЭКГ ЭКГ Hitachi ЕХ3600-6 LD P&H 2300 XPC Объем экскаваторной заходки V З м 3 600 1920 2730 4680 3549 Время на отработку одной заходки з мин 83 252 296 253 166 Время подъезда экскаватора на новую заходку под мин 5 7 9 11 13 Время на вспомогательные операции t всп мин 7 7 7 7 7 Теоретическая производительность теор м 3 /ч 435 457 554 1112 1286 Техническая производительность техн м 3 /ч 263 300 344 718 794 Сменная производительность см м 3 /см 2460,9 2803,4 3212,1 6717,8 7425,8 При расчете производительности должное внимание необходимо уделить объему вынимаемой заходки, которая определяется параметрами выемочного оборудования, а именно максимальным радиусом и высотой черпания. Объем экскаваторной заходки определяет время непрерывной работы выемочной техники, однако веерная система разработки предполагает что, по мере отработки выемочного блока произойдет уменьшение объема заходки тем самым, увеличивая количество перегонов экскаватора и времени на вспомогательные операции. Изменение времени чистой работы экскаваторов в смену и времени на вспомогательные операции при отработке КЭБ представлено на рис. 3.18-3.22. При отработке КЭБ экскаватором ЭКГ при увеличении ширины заходки с 6 дом чистое время работы экскаватора в смену увеличивается с 484 домина время на вспомогательные операции уменьшается с 176 домин. Аналогичная зависимость наблюдается и при отработке КЭБ экскаватором P&H 2300 XPC, такс увеличением ширины заходки с 8 дом, чистое время 84 работы экскаватора в смену увеличивается с 501 домин, тогда как время на вспомогательные операции уменьшается с 159 домин. Рисунок 3.18 – Изменение времени чистой работы ЭКГ в смену и времени вспомогательных операций от ширины заходки Рисунок 3.19 – Изменение времени чистой работы ЭКГ в смену и времени вспомогательных операций от ширины заходки 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 0 2 4 6 8 10 12 14 Время чистой работы экскаватора Время на вспомогательные операции Время чистой работы экскаватора все ну, мин Ширина экскаваторной заходки, мВ ремя вспомогательных операций, мин ЭКГ 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Время чистой работы экскаватора Время на вспомогательные операции Время чистой работы экскаватора все ну, мин Ширина экскаваторной заходки, мВ ремя вспомогательных операций, мин ЭКГ 85 Рисунок 3.20 – Изменение времени чистой работы ЭКГ в смену и времени вспомогательных операций от ширины заходки Рисунок 3.21 – Изменение времени чистой работы Hitachi ЕХ3600-6 LD в смену и времени вспомогательных операций от ширины заходки 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Чистое время работы экскаватора Время на вспомогательные операции Чистое время работы экскаватора в смену, мин Время вспомогательных операций, мин Ширина экскаваторной заходки, м ЭКГ 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Чистое время работы экскаватора Время вспомогательных операций Чистое время работы экскаватора в смену, мин Время вспомогательных операций, мин Ширина экскаваторной заходки, м Hitachi ЕХ3600-6 LD 86 Рисунок 3.22 – Изменение времени чистой работы P&H 2300 XPC в смену и времени вспомогательных операций от ширины заходки Из вышеприведенных графиков видно, что приуменьшении ширины экскаваторной заходки падает время чистой работы экскаватора в смену и увеличивается время на вспомогательные операции, которые влияют на сменную производительность выемочного комплекса. Изменение производительности отечественных (рис. 3.23) и зарубежных (рис. 3.24) выемочных машин представлены наследующих рисунках. Изменение ширины экскаваторной заходки влияет на техническую производительность выемочно-погрузочных комплексов цикличного действия, так приуменьшении ширины экскаваторной заходки с 14 дом техническая производительность отечественных экскаваторов цикличного действия уменьшается при работе экскаватора ЭКГ на 66 м 3 /ч; ЭКГ на 45 м 3 /ч; ЭКГ на 53 м 3 /ч. Уменьшение технической производительности зарубежных экскаваторов цикличного действия, а именно, Hitachi ЕХ3600-6 LD на 116 мчи на 164 м 3 /ч, происходит в результате изменения ширины экскаваторной заходки с 20 дом 500 550 600 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Чистое время работы экскаватора Время вспомогательных операций Чистое время работы экскаватора в смену, мин Время вспомогательных операций, мин Ширина экскаваторной заходки, м P&H 2300 XPC 87 Области на графиках (красная штриховка на рис. 3.23-3.24) показывают оптимальную зону работы выемочно-погрузочных комплексов по условию максимально возможной ширины экскаваторной заходки при включении объема горной массы предыдущего КЭБ. Рисунок 3.23 – Изменение производительности отечественных экскаваторов от ширины заходки Рисунок 3.24 – Изменение производительности зарубежных экскаваторов от ширины заходки 88 В свою очередь выделенные области на графиках определяют зону эффективной работы выемочно-погрузочных комплексов цикличного действия при веерной системе разработки в условиях разреза «Березовский-1», так как в приведенных областях изменения технической производительности экскаваторов незначительно, а именно ЭКГ на 5 %; P&H 2300 XPC на 9 %. Как ив случае с роторными экскаваторами, производительность выемочно- погрузочных комплексов цикличного действия изменяется в зависимости от параметров экскаваторной заходки, определяя необходимость создания технологических приемов, позволяющих регулировать производительность выемочных машин при отработке КЭБ. |