Способ погрузки горной массы драглайном в средства транспорта

 

Использование: изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке месторождения полезных ископаемых преимущественно открытым способом при использовании технологических схем с погрузкой горной массы драглайном в средстве транспорта, например автосамосвалы. Изобретение позволяет повысить эффективность вскрышных работ при транспортной схеме. Сущность изобретения: способ погрузки горной массы драглайном в средства транспорта включает подвод заполненного ковша к месту разгрузки и его опорожнение в средства транспорта при наклонном положении стрелы драглайна к горизонту. Угол наклона стрелы драглайна к горизонту определяют из условия 20°≅ ϕ ≅ 30° для стрел длиной 50≅L ≅80, где ϕ -угол наклона стрелы к горизонту, град; L - длина стрелы, м. 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых преимущественно открытым способом при использовании технологических схем с погрузкой горной массы драглайном в средстве транспорта, например в автосамосвалы.

Эффективность применения технологии погрузки горной массы драглайном подтверждается многолетней практикой горных работ на предприятиях горнодобывающей промышленности. При одинаковой массе машин рабочие размеры драглайна в сравнении с мехлопатами позволяют отрабатывать более мощную вскрышу и ширину заходки при более низкой себестоимости. Следует, однако, при этом считаться с рядом технических ограничений, недоучет которых может привести к существенному снижению производительности горно-транспортного оборудования, а также аварийным поломкам транспортных машин.

Гибкая подвеска ковша к стреле экскаватора-драглайна не обеспечивает постоянства угла наклона днища ковша к горизонту. При его подъеме на нагрузку. Угол наклона днища ковша к горизонту зависит от угла наклона α подъемного каната к вертикали и координат ковша. При угле "α" ≅ 24° ковш находится в зоне саморазгрузки, его положение неустойчиво и днище наклонено отрицательно в сторону режущей кромки зубьями вниз.

Известен способ погрузки горной массы драглайном, при котором выбор параметров транспортировки и выгрузки горной массы из ковша обусловлен специально созданным устройством, обеспечивающим сокращение зоны саморазгрузки и прицельную разгрузку ковша (1).

Однако это техническое решение характеризуется сложностью конструкции и уменьшением основных рабочих размеров драглайна: радиуса разгрузки, глубины черпания, радиуса черпания, величина которых оказывает решающее влияние на эффективность всего комплекса вскрышных работ.

Наиболее близким из известных технических решений по своей сущности и достигаемому результату является способ погрузки горной массы драглайном в средства транспорта, включающий подвод заполненного ковша к месту разгрузки и его опоражнивание в средства транспорта при наклонном положении стрелы драглайна к горизонту (2).

Однако и это техническое решение характеризуется ограниченными возможностями реализации основных конструктивных параметров драглайна, а также низкой эффективностью процесса выгрузки горной массы из ковша в связи со значительной площадью зоны саморазгрузки ковша, уменьшением коэффициента наполнения ковша, увеличением числа погружаемых ковшей в транспортную машину, снижением производительности горно-транспортного оборудования.

Целью изобретения является повышение эффективности вскрышных работ при транспортной схеме.

Указанная цель достигается тем, что в способе погрузки горной массы драглайном в средства транспорта, включающем подвод заполненного ковша к месту разгрузки и его опоражнивание в средства транспорта при наклонном положении стрелы драглайна к горизонту, угол наклона стрелы драглайна к горизонту определяют из условия 20°≅ ϕ ≅ 30° для стрел длиной 50≅L≅80, где: ϕ угол наклона стрелы к горизонту, град; L длина стрелы, м.

При этом при изменении угла наклона стрелы определение параметров рабочего оборудования (емкость ковша, длина стрелы драглайнов) модификаций должно осуществляться с учетом обеспечения выполнения следующих условий.

1. Равенства усилия в подвеске стрелы базовой модели и модификации.

2. Равенства моментов инерции базовой модели и модификации.

Предлагаемое техническое решение отличается от прототипа рядом существенных признаков, влияющих на достижение указанного выше технического эффекта. В связи с чем можно сделать вывод о его соответствии критерию изобретения "новизна".

Предлагаемый способ погрузки горной массы драглайном в средства транспорта в связи с уменьшением угла наклона стрелы к горизонту обеспечивает существенное сокращение зоны неустойчивых положений ковша (зоны саморазгрузки) при значительном увеличении глубины черпания и радиуса разгрузки. При этом, уменьшение высоты разгрузки пород не приводит к снижению эффективности технологического процесса, так как высота разгрузки при погрузке пород драглайном в средства транспорта при прочих равных условиях ограничивается только высотой транспортной машины, что позволяет существенно уменьшить угол наклона " v " стрелы к горизонту.

Считаем целесообразным указать на известность величины изменения угла наклона стрелы драглайна к горизонту в диапазоне значений 35°≥ ϕ ≥ 25° применительно к экскаватору ЭШ-5/45 (2).

Однако в заявляемом способе это соотношение применено при одновременном выполнении условия 50 ≅L≥80 м, о чем неизвестно из приведенного источника информации. Из приведенного источника не следует, что соотношение указанных величие каким-либо образом оказывает влияние на уменьшение зоны саморазгрузки пород при погрузке горной массы драглайном в средства транспорта и на увеличение основных конструктивных параметров драглайна: глубины черпания, радиуса черпания, радиуса разгрузки, определяющих эффективность вскрышных работ при транспортной схеме, т.е. нет оснований считать данный прием известным из указанного источника информации. Известные решения не направлены на сокращение зоны саморазгрузки ковша при одновременном увеличении глубины черпания, радиуса разгрузки, в связи с уменьшением угла наклона стрелы к горизонту.

Это позволяет сделать вывод о соответствии предложения критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлены расчетные положения ковша на границе зоны саморазгрузки; на фиг. 2 рабочие размеры драглайна при различных значениях угла наклона стрелы ϕ к горизонту; на фиг. 3 изображены технологические схемы вскрышных работ.

I положение ковша на границе зоны саморазгрузки, II положение ковша при подводе его к транспортному средству в момент, предшествующий разгрузке ковша (фиг. 1a для заявляемого способа погрузки, фиг. 1b для базового способа погрузки). Площадь зоны саморазгрузки на фигурах заштрихована. Обозначения "ϕ_з и ϕ_б" угол наклона стрелы к горизонту соответственно заявленного способа и базового. α_c расчетная величина угла, определяющего зону саморазгрузки, "α_c" = 24°. "β_з и β_б" угол наклона днища ковша к горизонту на границе зоны саморазгрузки, cоответственно для заявляемого и базового способов погрузки. "β_нз и β_нб" угол наклона днища ковша к горизонту при подводе его к транспортному средству соответственно для заявляемого и базового способов погрузки. "A и B" траектория перемещения режущей кромки ковша в процессе выгрузки. "α_нз и α_нб" угол наклона подъемного каната по вертикали в момент, предшествующий выгрузке ковша соответственно для заявляемого и базового способов.

На фиг. 2 изображены рабочие размеры драглайна при различных значениях угла наклона стрелы " ϕ " к горизонту, где: "ϕ_з и ϕ_б" углы наклона стрелы к горизонту соответственно для заявляемого и базового способов погрузки. "H_ч.з. и H_ч.б." радиус черпания соответственно для заявляемого и базового способов погрузки. "R_ч.з. и R_ч.б." радиус черпания соответственно для заявляемого и базового способов погрузки. "H_р.з.и H_р.б." высота разгрузки соответственно для заявляемого и базового способов погрузки.

На фиг. 3 изображены технологические схемы вскрытия работ 3а и 3б - соответственно для заявляемого и базового вариантов, где S ширина заходки; H высота уступа; X₃- ширина развала; III ширина рабочей площадки; II ширина полосы для размещения дополнительного оборудования; l расстояние от оси железнодорожного пути до верхней бровки развала; γ общий угол откоса рабочего борта.

Параметры предлагаемого способа погрузки горной массы драглайном в средства транспорта определяют следующим образом. Для заданных природных и горнотехнических условий разработки, высоты отрабатываемого уступа, грузоподъемности и размеров транспортной машины методом вариантов для разных значений дискретно меняющихся величин: емкости ковша, длины стрелы, угла наклона v стрелы к горизонту из соотношений "20°≅ ϕ ≅ 30°" для стрел длиной 50≅L≅80 м определяют искомые рабочие размеры драглайна: глубину черпания, радиус черпания, высоту разгрузки и радиус разгрузки. Емкость ковша экскаватора-драглайна определяют с учетом рода грунта, грузоподъемности и геометрических размеров кузова транспортной машины в плане и профиле. Для принятых значений длины стрелы и угла наклона ϕ стрелы к горизонту с учетом геометрических параметров подвески и размеров ковша определяют зону саморазгрузки ковша. Определяют расчетные значения угла наклона днища ковша к горизонту на участках траектории его движения в зоне выгрузки породы в начальный и конечный момент времени опоражнивания ковша.

Данное техническое решение является новым, так как оно не известно из уровня техники.

Оно имеет изобретательский уровень, так как для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Оно является промышленно применимым, так как может быть использовано в области горной промышленности при открытой разработке полезных ископаемых.

Существенными признаками данного технического решения признаются те, которые влияют на достигаемый технический результат, т.е. находятся в причинно-следственной связи с указанным результатом.

Такими признаками являются: Угол наклона стрелы драглайна определяют из условия 20°≅ ϕ ≅ 30° для стрел длиной 50≅L≅80 м.

Определение угла наклона стрелы драглайна к горизонту из условия 20°≅ ϕ ≅ 30° для стрел длиной 50≅L≅80 м, обеспечивает существенное сокращение площади зоны неустойчивых положений ковша (зоны саморазгрузки) при значительном увеличении глубины черпания, радиуса черпания и радиуса разгрузки экскаватора-драглайна, что позволяет повысить эффективность процесса погрузки горной массы драглайном в средства транспорта, решить проблему отработки высоких уступов на нижних горизонтах карьера.

Все отличительные признаки, приведенные в формуле изобретения, в своей совокупности позволяют повысить эффективность вскрышных работ при транспортной схеме.

Пример. На разрезах центрального Кузбасса Новосергиевский, Краснобродский, XXX лет Октября отработка вскрышных уступов производится по транспортной схеме с применением драглайнов на выемке и погрузке горной массы в средства транспорта (автомобильного или железнодорожного). При углублении горных работ значительной эффективностью характеризуются высокие уступы. Применение базовых моделей драглайнов, например, ЭШ-11/70, ЭШ-14/50, ЭШ-20/65 позволяет отрабатывать уступы высотой до 20 30 м. Предлагаемая на базе драглайна ЭШ-20/65 модификация ЭШ-15/65 с углом наклона стрелы к горизонту " ϕ " 25^o, обеспечивает отработку уступа высотой до 40 м. При этом, наряду с существенным увеличением глубины черпания, радиуса разгрузки и радиуса черпания, решается проблема сокращения зоны саморазгрузки ковша и, как следствие, повышение коэффициента наполнения ковша, сокращение числа погружаемых ковшей в транспортную тару, повышение производительности горно-транспортного оборудования.

При создании экскаваторов-драглайнов необходимо обеспечить равенство моментов сил и моментов инерции рабочего оборудования базовой модели и ее модификации Mo₁=Mo₂ G_z1=G_z2 Моменты сил от весовой нагрузки (массы стрелы G_стр массы ковша G_k+2 ), определяющие усилия в подвеске стрелы находятся из соотношения: M=0,5ϕ_отр· L_стрcosϕ + ϕ_к+2· L_стрcosϕ где: G_стр масса стрелы, т; L_стр длина стрелы, м; G_стр массы груженого ковша, т; ϕ угол наклона стрелы к горизонту, град.

Момент инерции "J_z" рабочего оборудования достаточно точно определяется по закону подобия, например, для трехгранной стрелы ϕ_Z= 103R²_p· ϕ^0,6_к+2 · L^0,5_стр , т м² где R_p радиус разгрузки, м; G_k+2 масса груженого ковша, т;
G_стр масса стрелы, т.

Моменты сил от весовой нагрузки: Базовая модель ЭШ-20/65 Mo₁ 0,5·40·65·cos34^o + 62·65·cos34^o 4424 т.м.

Модификация ЭШ-20/65
Mo₂ 0,5·40·65·cos25^o + 46·65·cos25^o 2724 т.м.

Моменты инерции:
Базовая модель ЭШ-20/65
J_z1=103·61²·62^0,6·40^0,5 2,87·10⁷ мт².

Модификация ЭШ-15/65
J_z2103·68²·46^0,6·40^0,5 2,9·10⁷ мт².

Использование заявляемого способа погрузки горной массы в средства транспорта при отработке высоких уступов на нижних горизонтах позволяет работать с более крутыми откосами рабочих бортов и снизить текущий коэффициент вскрыши, сократить объемы переукладки железнодорожных путей и их общую протяженность. Уменьшение количества и протяженности транспортных коммуникаций позволяет на 30 70% сократить объемы горно-капитальных работ и вскрывающих выработок.

Формула изобретения

Способ погрузки горной массы драглайном в средства транспорта, включающий подвод заполненного ковша к месту разгрузки и его опорожнивания в средства транспорта при наклонном положении стрелы драглайна к горизонту, отличающийся тем, что угол наклона стрелы драглайна к горизонту определяют из условия
20°≅ ϕ ≅ 30°
для стрел длиной 50≅ L ≅ 80,
где ϕ угол наклона стрелы к горизонту, град;
L длина стрелы, м.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4