автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Рациональные условиях применения мощных экскаваторов в глубоких карьерах

- РГ» ол'

\ 0 МП' ^

1 п лш; шз

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАШ

УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА (ИГЛ)

УДК 622.271.4 На правах рукописи

ЯКОВЛЕВ Алексей Викторович

РАЦИОНАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ МОЩНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ В ГЛУБОКИХ КАРЬЕРАХ

Специальность 05.15.03 - "Открытая разработка месторождений

полезных ископаемых"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург, 1935

Работа выполнена в Уральской государственной горно-геологической академии.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Хохряков B.C.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Бастан П.П.

кандидат технических наук Сисин А.Г.

Ведущее предприятие - АООТ "Уралрудпромпроект", г.Екатеринбург.

Защита диссертации состоится " с?пр&У/Я 1995г. в часов на заседании специализированного совета К-Ш.06.01 в Институте горного дела Уральского отделения РАН (620219, г.Екатеринбург, ГСП-936, ул.Мамина-Сибиряка, 58).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института горного дела Уральского отделения РАН.

Автореферат разослан -¿г- Map! С1 1995г.

Ученый секретарь специализированного совета

Киенко Б. Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Для современных карьеров характерно существенное увеличение глубины ведения горных работ и высоты рабочей зоны. Средняя глубина, например, железнорудных карьеров превысила 200 м. Высота рабочей зоны крупных глубоких карьеров составляет в среднем по руде 120-150 м. по вскрыше - 170-200 м. С увеличением глубины изменяются физико-механические свойства пород, сокращается фронт горных работ, уменьшается ширина рабочих площадок, ухудшаются условия обеспечения экскаваторов транспортными средствами. Наряду с этим в последние годы на карьеры поступают мощные высокопроизводительные экскаваторы ЭКГ-12,5, ЭКГ-15, ЭКГ-20 и автосамосвалы БелАЗ-7519 и БелАЗ-7521. При этом, начиная с 1980-1985гг., на большинстве глубоких рудных карьеров темпы обновления парка экскаваторов и роста их средней вместимости ковша существенно отстают от темпов роста средней грузоподъемности автосамосвалов: так, если в 1980г. соотношение между средней вместимостью кузова автосамосвала и ковша экскаватора составляло 3.4. а в 1975г. даже 2.75.то в 1992г. оно составило 5,45 при оптимальном соотношении 3-5. В связи с разнообразием горнотехнических условий производства выемочно-погрузочных работ на различных по глубине участках рабочей зоны карьеров, с одной стороны, а также необходимостью модернизации экскаваторного парка, с другой стороны.на большинстве глубоких карьеров применяется одновременно 4-6 моделей экскаваторов с вместимостью ковша от 4 до 15-20 м3.

Таким образом, актуальными для глубоких карьеров является две проблемы: выбор рациональных моделей экскаваторов при пополнении парка взамен выбывших и оптимизация расстановки их по глубине рабочей зоны карьера.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - повышение эффективности выемочно-погрузочных работ за счет применения экскаваторов большой мощности и рационального размещения в рабочей зоне карьера экскаваторов с различной вместимостью ковша.

ОСНОВНАЯ ИДЕЯ заключается в том, что выбор модели экскаватора с ковшом определенной вместимости для конкретных условий экс- 1 -

плуатации и оптимальная расстановка экскаваторов различной мощности в рабочей зоне карьера должны осуществляться с учетом комплекса горнотехнических, технологических и экономических факторов, изменяющихся с возрастанием глубины ведения горных работ.

ШЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ , защищаеше в диссертационной работе:

1. В процессе развития горных работ и формирования карьерного пространства с ростом глубины карьеров условия работы погрузочного и транспортного оборудования постоянно меняются и существенно различны в верхней, средней и нижней частях рабочей зоны, поэтому применение нескольких моделей экскаваторов и периодический переход от одних моделей к другим, как правило, более мощным, являются объективной закономерность!).

2. Несмотря на более высокую стоимость, экскаваторы большой мощности с вместимостью ковша свыше 8 ы* по совокупности влияющих факторов могут эффективно применяться в глубоких карьерах, особенно в средней и верхней частях рабочей зоны.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ заключается в следующем:

1. Установлены закономерности изменения показателей эксплуатации экскаваторов с различной вместимостью ковша в зависимости от высоты рабочей зоны карьера.

2. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена степень загрузки транспортных средств в зависимости от объемной плотности разрабатываемой горной массы.

3. Разработана методика выбора модели экскаватора, учитывающая изменение условий эксплуатации выемочно-погрузочного оборудования с увеличением глубины карьера.

4. Обоснованы рациональные условия применения экскаваторов с различной вместимостью ковша.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ: обобщение опыта эксплуатации экскаваторов, анализ опубликованных трудов и проектных материалов, натурные наблюдения и хронометраж работы экскаваторов в различных условиях, теоретические исследования с применением методов математической статистики, экономико-математического моделирования и ЭВМ.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ работы заключается в разработке ме-

- 2 -

тодики оценки различных экскаваторно-автомобильных комплексов для обоснования оптимальной структуры экскаваторного парка и расстановки экскаваторов по забоям рабочей зоны глубоких карьеров.

ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ подтверждается обобщением опыта эксплуатации экскаваторов различной мощности на многих карьерах России и ближнего зарубежья, использованием методов математической статистики при изучении закономерностей взаимодействия экскаваторов и средств транспорта, применением промышленных экспериментов при исследовании погрузочно-транспортного процесса, технико-экономического анализа, научного обобщения результатов, а также практическим использованием результатов исследований Косто-мукшским ГОКом. Результаты работы базируются на исследованиях, проведенных на Качканарском, Костомшукском, Соколовско-Сарбайс-к01.1, Центральном и Северном Криворожских ГОКах, угольном разрезе _ "Нерюнгринский" ПО Якутуголь.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались на Отраслевой научно-технической конференции молодых ученых (Свердловск, 1983г)., Всесоюзном научно-техническом совещании (Свердловск. 1984г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы разработки глубоких карьеров и пути их решения" (Кривой Рог, 1987г.), Международном симпозиуме по проблемам прикладной геологии, горной науки и производства (Санкт-Петербург, 1993г.), на технических, совещаниях Костомиукского, Соко-ловско-Сарбайского ГОКой (1986-1993гг.), в Институте горного дела СО РАН (Якутск, 1993г.), а также на Ученых Советах Института горного дела (г.Екатеринбург).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ' и получено авторское свидетельство на изобретение.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 112 наименований, изложенных на 144 страницах машинописного текста, включает 15 рисунков и 30 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность работы, сформулированы цель.' идея работы, а также основные научные положения, защищаемые автором, приведено краткое изложение научных и практических результатов диссертационной работы.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ приводится анализ опыта эксплуатации мощных экскаваторов, а также обзор современного состояния изученности вопроса о влиянии изменения горнотехнических факторов с увеличением глубины карьера на эффективность использования экскаваторов. Вопросам взаимодействия погрузочного и транспортного оборудования посвящены исследования многих ученых: академиков Мельникова Н.В.. Ржевского В.В. и Трубецкого К. Н., члена-корреспондента РАН Яковлева В. Л., профессоров Анистратова Ю.И., Арсентьева А. И.. Васильева М. В., Виницкого К. Е., Новожилова М.Г., Потапова М.Г., Симкина Б. А., Томакова П. И.. Хохрякова В. С., Шешко Е.Ф. и др. Ими обоснованы параметры взаимодействия экскаваторов и транспортных средств, установлены рациональные соотношения вместимости ковша экскаватора и кузова автосамосвала, исследован широкий круг вопросов применения погрузочно-транспортного оборудования во взаимосвязи со схемой вскрытия, системой разработки и смежными процессами.

Исследованием путей повышения эффективности погрузочно-транспортного процесса, его оптимизацией занимались Астахов A.C., Беляков D.M., Кулешов A.A., Селянин В.Г.. Смирнов В.П.. Сорокин Л.А.. Фесенко С.Л., Юсупбеков Б.X. и другие ученые. Однако в связи с расширением типоразмерного ряда экскаваторов и изменением условий их эксплуатации с увеличением глубины карьеров возникает необходимость проведения исследований по установлению рациональных условий применения экскаваторов с различной вместимостью ковша в зависимости от изменения факторов, связанных с ростом глубины ведения горных работ. До недавнего времени пригодные для разработки скальных пород и руд карьерные экскаваторы ограничивались моделями с вместимостью ковша 4-8мг, поэтому выбор мощности экскаватора как методически сложный вопрос вообще не

- 4 -

ставился. В то время как на отечественных карьерах средняя вместимость ковша экскаватора составляла 6 м3, на крупных карьерах США этот показатель достигал 13,5 м3, причем из всех выпускаемых экскаваторов на карьеры поставляется около 50 % машин с ковшами 12-20 м3. В последние годы мировая тенденция на увеличение еди-. ничной мощности погрузочного оборудования проявилась и в нашей стране. Отечественный парк экскаваторов пополнился моделями с вместимость» ковша 12,5-20 м3.

Однако темпы роста средней вместимости ковша экскаватора недостаточны, особенно в сравнении с темпами роста грузоподъемности автосамосвалов: если принять среднюю вместимость ковша экскаватора и среднюю вместимость кузова автосамосвала на железорудных карьерах в 1970г. за 100%, то к 1990г. она возрастет соответственно в 1,5 и в 3,6 раза (рис.1), что существенно сместило их соотношение в пользу вместимости кузова автосамосвала (рис.2).

Многообразие типоразмеров карьерных экскаваторов, а также объективная необходимость неоднократной замены физически и морально стареющего за период существования карьера оборудования предопределили актуальность исследований по определению рациональных условий применения экскаваторов различной мощности.

В связи с этим целью работы является повышение эффективности выеыочно-погрузочных работ за счет применения экскаваторов большой мощности и рационального размещения в рабочей зоне карьера экскаваторов с различной вместимостью ковша.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Анализ опыта эксплуатации экскаваторов в различных горнотехнических условиях.

2. Исследование факторов, влияющих на показатели погрузоч-но-транспортного процесса при изменении глубины ведения горных работ.

3. Исследование взаимодействия различных сочетаний мощного погрузочного и транспортного оборудования.

4. Установление закономерностей изменения показателей погру-зочно-транспортного процесса с увеличением глубины карьера в за- 5 -

ico

b * %

30 0

|b ZOO

^ N \í

lea

270 /

fj$ /25 2 ^ 150

/370

Í37S

ÍS8S

1330

íQdtl

Pkc.I. Poct cpaflii»*. b:.gct:;v.octi! rysoBn cb-roca-.Moanaaa (I) ÍI na™ : > sKCüamTopa [¿) na ^ejtesopyjunix i;ayBopax

/950

I**1

^ P

H»

SIS

5MS,

tfs

o /57 O

iSTiS /320 1385

íodbi

1390

P¡ic.2. CooTHCK7io¡r;io cpc^ís"' bmsct;:.voct!i i;y30ba aBTo-ca:.!OCB2jia ;; KOBina 3KCKSBST0pa ¡la ;ie^e3opyjj-imx Kaptapax

- jó -

висимости от мощности применяемого оборудования.

5. Разработка методики выбора модели экскаватора, учитывающей изменение условий эксплуатации экскаваторов в различных по глубине зонах карьера.

6. Обоснование рациональных условий применения экскаваторов с различной вместимостью ковша.

ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена исследованию факторов, влияющих на показатели погрузочно-транспортного процесса при изменении вместимости ковша и условий работы экскаваторов в карьере, исследованию взаимодействия различных сочетаний мощного погрузочного и транспортного оборудования и выявлению зависимости показателей погрузочно-транспортного процесса от глубины карьера.

Для определения влияния глубины ведения горных работ на эффективность эксплуатации экскаваторов проведены экспериментальные исследования на ряде карьеров. В частности, установлено, что по мере углубления горных работ изменяется соотношение пород с различной крепостью в сторону увеличения доли более крепких пород. Зависимости прочности и блочности пород от глубины их залегания носят- экспоненциальный характер:

/-/.ft-e-e1-"). (1)

l = Ui-C-ed'H), (2)

где f nf0- коэффициент крепости пород соответственно на глубине Н и на поверхности; С и С0 - блочность пород соответственно на глубине Н и на поверхности, м;

6 - основание натурального логарифма: (2,5,С, d - эмпирические коэффициенты, учитывающие специфику конкретного месторождения.

Результаты расчетов по уточненным формулам для конкретных условий, например, Костоуукшского месторождения показывают, что при увеличении глубины залегания пород с 50 до 200 метров их прочность на одноосное сжатие увеличивается на 17-20% и блочность - на 25-28%. Повышение прочности и блочности пород вызывает необ-

- 7 -

ходимость применения многорядного взрывания в зажатой среде с целью получения компактного развала при удовлетворительном ка-* честве забоя. Однако такой метод буровзрывной подготовки пород влечет за собой увеличение высоты развала по сравнению с высотой уступа. Это обстоятельство необходимо учитывать при определении соответствия высоты уступа и рабочих параметров экскаваторов. Исследования влияния высоты забоя на производительность экскаваторов позволили установить, что чем больше превышение высоты забоя относительно высоты черпания, тем ниже производительность погрузочного оборудования из-за снижения безопасности работ. Для примера, на Качканарском ГОКе зависимость часовой технической производительности экскаватора ЭКГ-8И от высоты забоя описывается уравнением: ,

йч = iвЪ,Z^■$6,4.Hi-3,5■H} (з)

при 10 м Н^ 22 м и коэффициенте корреляции Г = 0,69.

В результате наивысшая производительность ЭКГ-8И достигается при высоте забоя 10-15 м, что при взрывании в зажатой среде соответствует высоте уступа 10-12 м. На основании подобных исследований для других типоразмеров экскаваторов следует рекомендовать при высоте уступа 10 м применять экскаваторы ЭКГ-5, при высоте уступа 15 ы - ЭКГ-12,5, ЗКГ-15 и ЭКГ-20. При высоте уступа 20 м необходимо использовать экскаваторы с увеличенными рабочими параметрами.

Помимо высоты и качества забоя на эффективность экскавации существенное влияние оказывает соответствие вместимости кузова транспортного средства и ковша экскаватора. Для каждого типоразмера автосамосвала существует предел по объемной плотности загружаемой горной массы, после которого степень загрузки кузова ограничивается не его вместимостью, а грузоподъемностью автосамосвала. поэтому рациональное соотношение между вместимостью кузова автосамосвала и ковша экскаватора трансформируется в соотношение между грузоподъемностью автосамосвала и весом горной массы в ковше экскаватора. Установлено» что при погрузке тяжелых пород и руд для обеспечения рационального количества циклов экскавации потребуется принимать автосамосвап большей грузоподъемности, чем при

- 8 -

погрузке легких пород.

Многолетние исследования опыта эксплуатации экскаваторов на ряде глубоких карьеров позволили установить, что показатели взаимодействия погрузочного и транспортного оборудования изменяются с увеличением глубины ведения горных работ. На основании статистических данных некоторых глубоких карьеров методом корреляционного анализа с использованием ЭВМ определены эмпирические зависимости изменения производительности во взаимосвязи с горизонтом установки экскаватора по высоте рабочей зоны карьера (рис. 3). В частности. для Анновского карьера СевГОКа при погрузке горной массы в средства железнодорожного транспорта эмпирическая линия регрессии описывается уравнением:

йч-233.Н , (4)

где dH- часовая эксплуатационная производительность экскаватора ЭКГ-8И, м3/ч;

H - глубина размещения экскаватора от поверхности карьера, ы.

При погрузке в средства автомобильного транспорта

Q4= ЭЗЗ-Н10'! (5)

Для Первомайского карьера СевГОКа зависимости производитель* ности экскаваторов ЭКГ-8И от глубины описываются уравнениями:

- при погрузке в железнодорожный транспорт

- при погрузке в автомобильный транспорт

йч = 234-0,3-Н. (7)

Коэффициенты корреляции формул (4) - (?) составляют 0,76-0,99, что указывает на достаточно тесную связь между переменными. -

Анализ полученных результатов показывает, что при понижении горизонта установки производительность экскаваторов имеет тенденцию к снижению в силу комплексного влияния факторов, часть из • которых напрямую связаны с увеличением глубины. Так, понижение горизонта расположения экскаватора на 100 ы сопровождается уменьшением производительности при погрузке в автотранспорт в среднем на 15-17 %.

s> ZZO

■4

¡5

íj

o *

5

ь

к *

«Ц)

«n

o $

200

№

i6 0

m

Í2D

iOO

ч

\

1 <

—.....-- а/ ...... . V, - Г-

СА

Л

40

W ZbO

80 1Z0 160 ZOO Г л y s и на , Н, /w

Рис.З. Изменение часовой производительности экскаватора ЖГ-&1 при погрузке в аитотрансгюрт па Первомайском С I ) и Анновском ( ¿ ) карьерах СевПКа: 1,2 - теоретические лишщ регрессии; - эмпирические линия регрессии

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ изложена методика выбора модели экскаватора, произведено сравнение различных вариантов экскаваторно-автомо-бильных комплексов на основе реализации разработанного алгоритма на ЭВМ. описываются результаты исследования влияния организации работы экскаваторно-автомобильных комплексов на их технико-экономические показатели.

Методический подход к выбору модели экскаватора основывается на установленных взаимосвязях и закономерностях изменения показателей использования экскаваторов в зависимости от влияющих факторов. Для каждой зоны карьера, характеризующейся годовыми объемами руды и вскрыши и средневзвешенным расстоянием транспортирования, путем варьирования вместимостью ковша и грузоподъемностью автосамосвала выбирается наиболее экономичный экскаваторно-авто!,»обильный комплекс.В работе предложено решение задачи по выбору наиболее эффективного плана использования экскаваторного парка действующего глубокого карьера в нескольких постановках, в зависимости от конкретной ситуации, которые могут быть сведены к двум основам:

1. Имеющийся на предприятии парк экскаваторов, представленный несколькими моделями, отличающимися вместимостью ковша, сроком службы, техническим состоянием и другими техническими параметрами. является достаточным для выполнения плановых годовых объемов горных работ. Задача состоит в том, чтобы найти оптимальную расстановку парка экскаваторов по рабочим забоям, при которой их суммарная производительность будет максимальной. Для решения этой задачи предложено использовать алгоритм симплекс-метода линейного программирования при максимизации

гпах (8)

и системе технологических ограничений типа

20.1« Vm , (9)

где Qij. - производительность (месячная, годовая - в зависимости от планируемого срока) 1-го экскаватора в j-ом забое;

Vm, - плановый объем выемки горной массы нат-ом горизонте.

2. В связи с необходимостью списания части экскаваторов, по причине их износа или в связи с увеличением объемов работ нужно определить, экскаваторы каких моделей следует приобрести, чтобы плановый объем горных работ выполнить с наименьшими затратами. Критерий эффективности при такой постановке задачи должен быть экономическим.

Замена устаревшего экскаватора на более мощный требует значительных дополнительных средств, окупаемость которых в допустимый срок может быть достигнута, благодаря экономии на эксплуатационных расходах.

Эффект от ввода нового экскаватора достигается не только непосредственно в забое при экскавации, но также и в смежных звеньях технологического процесса - буровзрывных работах, транспорте горной массы, вспомогательных работах. Кроме того, ввод экскаватора с большими рабочими параметрами может привести не только к увеличению высоты уступа, но и к изменению других элементов системы разработки - ширины рабочей площадки, числа рабочих уступов, угла рабочего борта, протяженности фронта работ, текущего коэффициента вскрыши. Вследствие этого задача определения экономической эффективности замены экскаваторов на более мощные и выбора оптимальной модели оказывается не только многофакторной, но и динамической, требующей определения затрат за каждый год длительного периода (7-15 и более лет).

В современных условиях рыночной экономики, когда дополнительные затраты на приобретение экскаваторов должны рассматриваться как кредитные, существенным фактором при решении задачи является величина банковской ставки, по которой устанавливаются размеры платежей за кредит, условия и сроки возврата кредита. Кроме того, при оценке затрат будущих лет необходим учет фактора инфляции. Методики экономической оценки вариантов замены оборудования известны в нашей стране и за рубежом, однако при расчетах должно быть учтено влияние горнотехнических условий на технико-экономические показатели эксплуатации оборудования.

Технико-экономические расчеты с использованием ЭВМ ЕС-1045 для различных сочетаний оборудования (экскаваторы ЭКГ-8И,

- 12 -

ЭКГ-12.5. ЭКГ-15. ЭКГ-20. автосамосвалы БелАЗ-7519. БелАЗ 7521) при изменении расстояния транспортирования от 1 до 5 км позволили установить рациональные экскаваторно-автомобильные комплексы для рудных и скальных вскрышных забоев.

При разработке скальных пород наиболее экономичными оказываются варианты с применением экскаваторов ЭКГ-15 и ЭКГ-12,5. Для погрузки руды в автосамосвалы БеЛАЗ-7519 рекомендуется использовать экскаваторы ЭКГ-8И. а в автосамосвалы БелАЗ-7521 - ЭКГ-12,5.

На основании технико-экономических расчетов установлены эмпирические зависимости изменения затрат на экскавацию и транспортирование от высоты подъема горной массы автотранспортом. В частности, при погрузке руды в БелАЗ-7521 зависимости описываются следующими уравнениями:

для ЭКГ-8И Z =• 0,331 + 4,5-10* Н, (10)

для ЭКГ-12,5 Z « 0,310 ♦ (11)

для ЭКГ-15 2 - 0,304 + • <0"Ч (12)

для ЭКГ-20 2 = 0.ZÖ3 + 4,94 • 40* Н, (13)

где Н - высота подъема руды автотранспортом, м. Совместное реиение уравнений позволяет определить границы эффективного применения экскаваторов во взаимосвязи с высотой подъема горной массы автосашсвапами БелАЗ-7521. Так. при погрузке руды до глубины 87 ы выгоднее применять экскаватор ЭКГ-15. чем ЭКГ-8И; до глубины 93 м - экскаватор ЭКГ-20, а на более глубоких горизонтах - ЭКГ-8И; до глубины 115 м - ЭКГ-20 по сравнению с ЭКГ-15.

Применение более мощного погрузочного оборудования дает возможность снизить потребность в автосамосвалах, что подтверждается следующим примером. Как показывают расчеты, для выполнения годового объема вскрышных работ, соответствующего годовой производительности ЭКГ-20 в комплексе с БелАЗ-7519 (3.6 млн.м*), потребуется 2,6 экскаватора ЭКГ-8И. Результаты расчетов ежесменной потребности в автосамосвалах БелАЗ-7519 сведены в табл.1.

Таблица 1

ПОТРЕБНОСТЬ В АВТОСАМОСВАЛАХ БЕЛАЗ-7519 ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАДАННОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ г~ '■ \ 1 ■ • ~~~ 1 1 -=1

I I Смежая потребность в автосамосвалах IЭкскаватор! при расстоянии транспортирования I I-

I I 1 км

Снижение потребности в автосамосвалах при применении более мощных экскаваторов в сопоставимых условиях объясняется, в основном, сокращением простоев автосамосвалов под погрузкой, в результате чего повышается производительность транспортного звена.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ даются рекомендации по рациональным условиям применения мощных экскаваторов в глубоких карьерах.

В общем случае, более мощные экскаваторы следует располагать в верхней и средней зонах карьера, характеризующихся большой длиной фронта работ, меньшими расстояниями транспортирования и высотой подъема горной массы.

На нижних, как правило, рудных горизонтах рекомендуется применять экскаваторы с меньшей вместимостью ковша, так как для обеспечения из эффективной работы требуется меньшая длина фронта работ и поэтому потерю производительности из-за ухудшения условий работы можно компенсировать увеличением количества экскаваторов.

По возможности в средней и глубинной зоне карьера следует применять также экскаваторы с удлиненным рабочим оборудованием, имеющие, как правило, энергетическую мощность базовой модели, но уменьшенную вместимость ковша, что позволяет обеспечить необходимое для разработки тяжелых скальных пород и руд усилие на зубьях ковша.

Учитывая, что на большинстве карьеров большой глубины и производительности, в силу существенности различия горнотехнических

- 14 -

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ЭКСКАВАТОРОВ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ В ГЛУБОКИХ РУДНЫХ1КАРЬЕРАХ

| Модель ¡экскаватора Вместимость ковша Характеристика забоя Зона работ по глубине карьера Объем горных работ на горизонте тыс.м4/год Производит-ть карьера млн. м'/год Грузоподьемность автосамосвалов, т

ЭКГ-4.6 ЭКГ-5Х 4.6 5.0 скальные среднедроби мые породы и руды средняя и нижн. зоны -г 1000 5-10 40-75

1 ЭКГ-6,ЗУС 6.3 скальные породы и ру ды большой и средней крепости _ и _ -¿1500 10-20 75

1 ЭКГ-8И 6 _ м _ нижняя < 1000 10-20 75

Г 8 _ и - средняя •с 1200 10-20 75-100

10 рыхлые, выветренные, полускальные породы верхняя -¡1500 10-30 75-110

ЭКГ-12. 5 10 скальные породы и ру ды. труднодробимые верхняя и средняя «С 1500 10-30 75-110

12,5 легкодробимые породы и руды верхняя >1500 10-40 110-120

ЭКГ-15 12,5 крепк.скальн. породы и руды, труднодробим нижняя и средняя >•1500 15-40 110-120

| 15 породы и руды средн. крепости верхняя >2000 15-40 110-180

Э1СГ-16С 16 скальные руды и поро ды верхняя и средняя >2000 15-50 110-180

20 рыхлые, полускальные породы верхняя >2000 15-50 150-180

ЭКГ-20 20 полускальные и скаль ные породы верхняя и средняя >2000 20-60 150-180

24 рыхлые и полускальные породы верхняя >2000 20-60 180

и технологических условий производства выемочно-погрузочных работ на различных по глубине участках рабочей зоны, одновременно применяется несколько моделей экскаваторов, в работе даны рекомендации по предпочтительным условиям применения практически всех моделей отечественных экскаваторов (табл.2).

При установлении рациональных условий применения карьерных экскаваторов нельзя обойти вниманием вопрос об использовании машин с увеличенными рабочими параметрами. Внедрение мощных карьерных экскаваторов с удлиненным рабочим оборудованием создаст благоприятные возможности для более иирокого применения на глубоких карьерах уступов высотой 20 м. что позволит улучшить режим горных работ, снизить текущий коэффициент вскрыши, , упростить схему транспортных коммуникаций. Как показывают расчеты, произведенные для рабочей зоны высотой 120 м. снижение объемов текущей вскрыши при увеличении высоты уступа с 15 до 20 м составит 3 млн.и на i км фронта работ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ горнотехнических условий разработки глубоких карьеров, исследование закономерностей формирования карьерного пространства и развития рабочей зоны свидетельствуют о том, что условия производства выемочно-погрузочных работ в верхней, средней и нижней зонах карьеров существенно различны, поэтому одновременное применение нескольких моделей экскаваторов с различной вместимостью ковша и периодический переход от одних моделей экскаваторов к другим является непременным условием эффективного ведения горных работ в глубоких карьерах.

Установлено, что на большинстве глубоких карьеров применяется 4-6 моделей экскаваторов с вместимостью ковша от 4 до 12,520 ы\

2. Исследование динамики вместимости ковша экскаваторов и кузова автосамосвалов за период с 1970г. по настоящее время показало, что если до 1980-85гг. соотношение средней вместимости кузова автосамосвалов и ковша экскаваторов было существенно меньше оптимального, то в дальнейшем темпы роста средней грузоподъемное-

- 16 -

ти значительно опережали темпы увеличения средней вместимости ковша экскаваторов.

3. Опытно-промышленными экспериментами, хронометражными наблюдениями и теоретическими расчетами установлено, что при работе в забоях скальных пород и руд большой крепости и блочности за счет большего усилия копания и большей вместимости ковша применение экскаваторов большой мощности, несмотря на более высокие капитальные вложения, является эффективным.

Обоснованы предпочтительные условия применения экскаваторов различной мощности, вместимости ковша и других параметров в зависимости от физико-механических свойств горных пород и параметров забоя, объема горных работ карьера в целом и на отдельных рабочих горизонтах, применяемого транспортного оборудования и ряда других факторов, характеризующих условия выемочно-погрузочных работ в различных по глубине карьера забоях рабочей зоны.

Так, экскаваторы ЭКГ-8 с ковшом 10 и3 , ЗКГ-12,5 с ковшом 12,5 м3, и экскаваторы ЗКГ-15 с ковшом 15 м5и ЗКГ-20 с ковшом 24 эффективнее использовать в верхней части рабочей зоны карьера при объемах работ на горизонте свыше 1,5-2,5 млн. и /год.

Эти же экскаваторы с ковшами вместимостью соответственно 8; 10; 12.5; 16 и 20 ы3можно применять в средней зоне карьера при объемах работ на горизонте 1,2-2,0 млн. м3/год.

В нижней зоне карьеров, в условиях стесненности, небольших годовых объемах работ на горизонтах, значительной доле траншейных работ целесообразно применять экскаваторы ЭКГ-5, ЭКГ-6.3УС и ЗКГ-8И с ковшом 6 м3, при значительных объемах работ - ЭКГ-12,5 с ковшом 10 и1.

4. Предложена методика расчета оптимальной расстановки имеющегося на предприятии парка экскаваторов по глубине карьера (высоте рабочей зоны) и определения целесообразности замены применяемых экскаваторов по мере их износа и снижения производительности на более мощные. При решении первой задачи методами линейного программирования критерием оптимальности является максимум суммарной производительности рабочего парка экскаваторов, при реше-

нии второй - ряд экономических критериев, основанных на окупаемости капитальных вложений.

5. Основными достоинствами экскаваторов большой мощности с вместимостью ковша В о более при единственном недостатке - более высокой общей и удельной стоимости их приобретения и содержания. являются:

- возможность увеличения высоты уступов, концентрации горных работ, сокращения числа рабочих забоев и, как следствие, снижение текущих объемов вскрыши за счет увеличения угла откоса рабочего борта и уменьшения необходимого для размещения меньшего числа экскаваторов фронта горных работ с нормальными рабочими площадями:

г. снижение затрат на буровзрывные работы, меньший выход негабарита, большая надежность при работе в забоях с крепкими скальными породами и рудами;

- более эффективное использование транспортного оборудования вследствие сокращения времени погрузки и меньшая протяженность временных автодорог в карьере за счет меньшего числа рабочих забоев при тех же объемах добычи горной массы.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Повышение безопасности экскаваторных работ при разработке трудновзрываемых пород в глубоких карьерах /Киенко Б.Г.. Денисов И;В., Пылаев 0. В.. Яковлев А.В. - Черная металлургия: Бюл. НТИ. -1981. - N 16. - С.45-47.

2. Методические положения по расчету нормативов годовой производительности экскаваторсв/ Стахеев Н. Л., Киенко Б.Г.. Яковлев A.B. и др. Утв. 04.05.82.- Свердловск: ИГД МЧМ СССР.1982. - 23 с.

3. А.С. 1033648 СССР. МКИ Е02 F3/40. Ковш экскаватора/Васильев М.В.. Киенко Б.Г.. Пылаев 0. В.. Яковлев А.В. (СССР). - N 3420468/22-03; Заявлено 15.02.82; Опубл. 07.08.83. Бол.N 29 // Открытия и изобретения. - 1983. - N 29. - С. 112.

4. Киенко Б.Г.. Денисов И.С.. Пылаев О.С., Яковлев A.B. По-

- 18 -

вышение безопасности работы экскаваторов в высоких забоях //Тру-ды/ИГД МЧМ СССР. - Свердловск. - 1983. - Вып. 72. - С. 61-66.

5. Пылаев 0.В., Яковлев А.В. Влияние высоты забоя на производительность экскаваторов // Интенсификация горнорудного производства: Тезисы докладов отраслевой конференции молодых ученых/ ИГД МЧМ СССР. - Свердловск. 1983. - С. 15-16.

6. Пылаев 0.В., Яковлев А.В., Методика определения устойчивого состояния откосов забоев // Научно-технические проблемы повышения эффективности работ и совершенствование маркшейдерской службы на горных предприятия страны: Всесоюзное научно-техническое совещание: Тезисы докладов/ . СГИ. - Свердловск. 1984. . -С. 83-84.

7. Разработка скальных карьерных экскаваторов и их использование на глубоких железорудных карьерах/ Киенко Б.Г.. Бойко Г.X.. Цветков В. Н., Яковлев А. В. // Проблемы разработки глубоких карьеров и пути их решения: Всесоюзная научно-техническая конференция: Тезисы докладов/ КГРИ. - М.: Черметинформация, 1987. -С. 23-24.

8. Яковлев A.B. Влияние глубины горных работ на показатели эксплуатации карьерных экскаваторов// Международный симпозиум по проблемам прикладной геологии, горных наук и производства: Новые технологии добычи полезных ископаемых (горные машины): Тезисы докладов. - Санкт-Петербург, 1993. - С.91,