Безвзрывная выемка полускальных пород на карьерах стройматериалов гидравлическими экскаваторами фирмы LIEBHERR

Традиционные технологии ведения горных работ на карьерах строительных материалов предусматривают буровзрывную подготовку массива пород, погрузку взорванной горной массы и ее транспортирование на передвижные или стационарные дробильно-сортировочные установки.

Бурение скважин производится различными станками шарошечного, гидравлического и пневматического бурения. Выбор типа станка зависит от физико-механических свойств пород и объемов работ.

Погрузка разрушенной горной массы производится экскаваторами или колесными погрузчиками на пневмоходу. Наибольшее распространение в настоящее время на карьерах мира получили гидравлические экскаваторы типа прямая и обратная лопата. На их долю приходится до 60% всего парка экскаваторов.

Буровзрывной способ является наиболее эффективным для разрушения больших объемов пород. Однако изменение отношения к окружающей среде, постоянно растущее стремление населения к комфортным условиям жизни определяют нерациональность, а в некоторых случаях даже неприемлемость буро-взрывного способа. Применение взрывных работ обусловливает сейсмическое воздействие на окружающую среду, шум, разлет кусков, неравномерность дробления массива пород и др.

Потенциальная опасность буровзрывных работ на карьерах, находящихся в густонаселенной Европе, повышенные требования к экологии привели к принятию всесторонних актов по безопасности и охране окружающей среды, строго регламентирующих деятельность горных предприятий. Исполнение этих правил под строгим надзором соответствующих инспекций приводит к резкому увеличению затрат на разработку, а также к ограничению зоны ведения горных работ в целом.

В этих условиях на карьерах строительных материалов Европы все шире начали применяться альтернативные технологии, не предусматривающие применение взрывчатых веществ.

Анализ опыта механического рыхления показывает, что большинство осадочных и метаморфических пород прочностью до 50-60 МПа может эффективно разрушаться бульдозерами-рыхлителями с эксплуатационным весом более 40 т и мощностью более 300 л.с.

Максимальное усилие копания бульдозера-рыхлителя в основном зависит от массы бульдозера. Однако применение гидростатических систем на бульдозерах нового поколения существенно увеличивает максимальные тяговые усилия.

Основным недостатком горизонтального рыхления пород бульдозерами-рыхлителями является то, что процессы рыхления и погрузки разрушенной породы разделены во времени. Процесс бурения в таком случае исключается, но погрузка разрушенной породы должна производиться экскаваторами или погрузчиками, то есть требует дополнительной горной техники.

Применение гидравлических экскаваторов, оборудованных специальным рабочим оборудованием, позволяет совместить в одной машине процессы разрушения массива пород и погрузку.

Разрушение массива прямой гидравлической лопатой производится путем внедрения ковша в трещины между отдельностями и выламывания кусков пород поворотом ковша. Высота забоя прямых лопат, как правило, не превышает 10 м. Машинист экскаватора, видя забой, выбирает места ослабления и производит разборку массива. Таким образом обеспечивается и селективная выемка пород.

Поэтому гидравлические экскаваторы типа прямая лопата на безвзрывной выемке применяются при разработке горизонтальных пластов в случаях, где имеет место переслаивание различных типов пород. Это весьма характерно для карьеров, разрабатывающих сырье для цементной промышленности.

При работе экскаватора типа обратная мехлопата машинист не видит поверхность забоя. Разрушение массива производится путем рыхления пород ковшом или рыхлителем, который устанавливается вместо ковша обратной лопаты. При использовании рыхлителя достигается высокая концентрация усилий, что обеспечивает подготовку к выемке мощных пластов крупноблочных пород. Степень дробления пород зависит от расстояния между проходами и толщины зуба рыхлителя. Высота забоя обратной лопаты не превышает 6 м.

Рыхлитель для обратной лопаты впервые разработан фирмой LIEBHERR специально для работы в тяжелых условиях. При этом быстрая смена ковша на рыхлитель и обратно обеспечивается адаптером оригинальной конструкции. Этими устройствами оборудуются все карьерные экскаваторы фирмы LIEBHERR типа обратная мехлопата эксплуатационной массой до 115 т.

Таким образом, экскаваторы типа обратная лопата могут использоваться при безвзрывной выемке крупноблочного массива в условиях, где эффект перемешивания пород различной прочности не имеет существенного значения, например, на предприятиях, использующих при производстве щебня систему грохочения.

Анализ опыта применения гидравлических экскаваторов фирмы LIEBHERR на карьерах строительных материалов показывает, что прочность на одноосное сжатие пород, разрабатываемых без предварительного рыхления взрывом, может достигать 120-150 МПа. Однако необходимо учитывать, что усилия копания для таких пород должны быть весьма высокими, поэтому производительность экскаватора по погрузке имеет второстепенное значение. Следовательно, машины для безвзрывной выемки пород по типоразмеру всегда больше, чем требуется для обеспечения заданной производительности по погрузке горной массы.

Несмотря на то, что затраты на приобретение такой машины существенно выше, общий эффект от их применения, как показала практика, очевиден.

Применение R-984 Litronic МАССОЙ 107 т, оборудованного сменными рыхлителем и ковшом 5.2 м3 на  щебеноЧном карьере в Германии

Карьер Kalksteinwerk расположен в южной части Германии около города Elgeltingen в Швабских Альпах. На карьере добывается белый юрский известняк, из которого изготавливается щебень для строительства дорог и каменные блоки, используемые в гидростроительстве, в частности, для укрепления русел рек. Производительность карьера составляет 3500 т в сутки (при односменной работе).

В связи с близким расположением деревни бурение и взрывание пород невозможно. Контурное взрывание используется только для постановки бортов карьера в конечное положение.

Несколько лет назад для решения проблемы безвзрывной выемки известняков был приобретен гидравлический экскаватор типа обратная лопата весом 165 т R-991. Экскаватор отработал порядка 20000 рабочих часов и обеспечивал разрушение прочных известняков без взрыва и их погрузку в автотранспорт. Для дробления негабаритов использовался стальной шар.

Совместная работа горняков предприятия и конструкторов фирмы LIEBHERR была направлена на поиск путей повышения эффективности работ. В результате фирмой LIEBHERR было предложено использовать на безвзрывной выемке гидравлический экскаватор с эксплуатационной массой 107 тонн - R-984 (на 50% меньше, чем R-991). Для обеспечения требуемой производительности был сконструирован и изготовлен рыхлитель с одним клыком. Быстрая смена ковша обратной лопаты на рыхлитель и обратно обеспечивается специальным адаптером с гидравлическим приводом тяжелого типа. Управление адаптером осуществляется непосредственно из кабины экскаватора. Операция по смене навесного оборудования занимает не более 20 сек.

Для дробления негабаритов также используется стальной шар. Однако ковш новой машины оборудован специальными пластинами, предотвращающими повреждение стенок ковша шаром.

Высота забоя экскаватора в среднем составляет 4 м. Это позволяет полностью реализовать высокие усилия копания и отрыва, развиваемые машиной. Экскаватор R-984 типа обратная лопата развивает усилие копания до 42 т.

Анализ опыта эксплуатации экскаватора R-984 показывает, что оптимальная глубина рыхления при такой высоте уступа составляет 1 м. В процессе отработки забоя разрушенная порода обрушается вниз к подошве уступа и затем отгружается в автосамосвалы.

Время погрузки автосамосвалов грузоподъемностью 40 т составляет 2 мин. Разрушение массива рыхлителем начинается сразу,  после окончания погрузки и продолжается в течение обмена автосамосвалов.

Приблизительно одна треть рабочего времени экскаватора приходится на погрузку разрушенной породы. Остальное время занимает процесс рыхления, сортировки породы для блоков, разрушение негабаритов, замену коронок и т.д.

Кусковатость разрушенной породы зависит от расстояния между проходами рыхлителя, и ,соответственно, может регулироваться. При этом целесообразно отметить, что применение рыхлителя практически исключило необходимость в шаре для дробления негабаритов.

Гидравлический экскаватор типа  R-992 Litronic массой 143 т на добыЧе доломита для производства цемента

На карьере, расположенном около города Бекун (на северо-восток от Дортмунда), добывается известняк для местной цементной промышленности. Карьер находится в населенной зоне, поэтому инспекция требует проведение мероприятий, обеспечивающих охрану окружающей среды и безопасность населения.

Для выполнения требований инспекции руководство карьера, начиная с 70-х годов, отказалось от традиционной подготовки пород взрывом и взяло направление на поиск альтернативных способов ведения горных работ.

Применение бульдозеров-рыхлителей не обеспечивало выполнение требований инспекции по уровню шума. При этом такая технология предусматривала задействование больших рабочих площадей.

Для ведения горных работ без предварительной буровзрывной подготовки массива первоначально был приобретен гидравлический экскаватор типа прямая лопата массой 75 т и ковшом вместимостью 2.7 м3. Он применялся на отработке пород верхней части продуктивного пласта, общая мощность которого составляет 20 м. Производительность экскаватора составляла в среднем 275 т/ч. Однако для отработки более прочных известняков нижней части залежи мощности такой машины не хватало. Поэтому было принято решение о приобретении более тяжелого и мощного экскаватора.

При выборе экскаватора одно из условий, помимо эффективной выемки известняков из массива без взрыва, заключалось в минимизации шума во избежание конфликтов с населением.

Фирма LIEBHERR разработала специальные устройства щумоподавления для модели R-992 весом 143 т. В итоге внешний шум при работе экскаватора снизился до 109 дБ, а уровень шумового давления в кабине экскаватора до 72 дБ. Допустимый уровень этого показателя для такого класса машин составляет 118 дБ.

Второе достижение конструкторов фирмы LIEBHERR заключалось в оптимизации конструкции ковша R-992 Litronic. Во-первых, форма нижней плоскости ковша была сделана более плавной, что вместе с несколько измененной кинематикой ковша обеспечило его внедрение горизонтально на высоте копания до 10 м.

Во-вторых, была увеличена толщина режущей кромки ковша для повышения его срока службы.

В-третьих, конструкция ковша позволила реализовать максимальные усилия копания. Так, при ширине режущей кромки 2500 мм удельное усилие копания составило 360 кН/м режущей кромки (что на 22% больше, чем у стандартного ковша). Вместимость ковша составила 6.4 м3 (при стандартном 9.6 м3). При таком объеме ковша для загрузки 30 тонного автосамосвала требуется ровно три ковша.

Производительность R-992 при безвзрывной выемке известняков из массива при мощности пропластка до 0.5 м составила более 400 т/ч.

ГидравлиЧеский экскаватор типа  R-994 Litronic массой 214 тонн на   Добыче известняка для производства щебнЯ

Компанией Rieger разрабатывается месторождение известняка, расположенное в черте города Marbach. Прочность известняков на сжатие составляет 60-100 МПа. Известняк используется для производства щебня для строительства автодорог.

На дробильно-сортировочном заводе ежегодно перерабатывается до 500000 т породы. Так как взрывные работы в черте города были запрещены, то компанией Rieger в 1989 году был приобретен гидравлический экскаватор Liebherr  R-994 типа прямая лопата. Для обеспечения выемки пород из крупноблочного массива (размер блока достигает в нижней части продуктивной толщи до 0.7м) конструкторами фирмы LIEBHERR был разработан специальный ковш вместимостью 8 м3 для работы в тяжелых условиях . При общем усилии копания 1100 кН удельное усилие на режущую кромку ковша составляет 350 кН/м. За 7.5 лет эксплуатации экскаватор отработал более 14000 рабочих часов без поломок. Срок службы одного комплекта зубьев соcтавил 4000 часов, несмотря на тяжелые условия работы.

Производительность экскаватора в условиях безвзрывной выемки породы и погрузки в автосамосвалы грузоподъемностью 50 т составляет 500-650 т/ч. Высота рабочего забоя составляет 8-10 м, а формируемого уступа  20-25 м при угле откоса уступа 85°.

Журнал "Горная Промышленность" №2 1998