Оборудование, применяющееся для добычи железной руды
Оборудование, применяющееся для добычи железной руды
Основным способом отбойки горных
пород при проведении выработок и добыче руды являются буровзрывные работы. Заряды
взрывчатых веществ (ВВ) располагают в вертикальных, наклонных или
горизонтальных шпурах или скважинах - цилиндрических полостях в горных породах,
создаваемых буровыми машинами. Различие между шпурами и скважинами определяется
их размерами. Шпуры обычно имеют диаметр 30-75 мм и длину до 5 м, скважины - диаметр
50-300 мм и длину более 5 м (до 30-50 м).
Шпуры бурят бурильными машинами
ударно-поворотного (перфораторы), вращательно-ударного и вращательного (электро-
и пневмосверла) действия.
Перфораторы, или бурильные
молотки, - бурильные машины ударно-поворотного бурения, работающие на сжатом
воздухе. По весу и способу установки в забое они подразделяются на переносные (ручные),
колонковые и телескопные.
Переносные перфораторы имеют
массу от 24 до 36 кг и предназначены для бурения шпуров диаметром 30-56 мм и
глубиной до 2-4 м. Их устанавливают на пневматических поддержках (пневмоподдержках)
или легких распорных колонках. При бурении нисходящих шпуров каких-либо
поддерживающих установок не требуется. Переносные перфораторы делят по массе на
легкие, средние и тяжелые.
На рис.1 приведена
принципиальная схема устройства переносного перфоратора. Он состоит из цилиндра
5, передней головки 12, крышки 3, воздухораспределительного устройства,
ударно-поворотного механизма и устройства для подвода сжатого воздуха и воды.
Внутренняя часть поворотной
муфты имеет шестигранную форму в соответствии с формой хвостовика бура.
Рисунок 1 -
Схема ручного перфоратора
Воздухораспределительное
устройство состоит из направляющей втулки 6, воздухораспределительной
коробки 7, кольцевого клапана 20 и крышки клапана 18. Крышка
перфоратора имеет приливы для рукоятки 1 и пускового крана 4. В крышку
вставляется также наконечник для подвода воды, которая через каналы в крышке,
промывную трубку 2, проходящую по оси перфоратора, и канал в буре
поступает в шпур. Крышка, цилиндр и передняя головка стянуты болтами 23.
Перфоратор работает следующим,
образом. Сжатый воздух через пусковой кран 4 и отверстия в храповом
кольце, направляющей втулке и воздухораспределительной коробке поступает в
кольцевое пространство 19, из которого он подается в заднюю часть А цилиндра
и давит на поршень. Поршень движется вправо и наносит удар по буру 14. Воздух,
находящийся в передней части Б цилиндра, выходит через выхлопное
отверстие 10 в атмосферу.
При движении вперед поршень
перекрывает выхлопное отверстие, воздух в передней части цилиндра сжимается и
по каналу 15 в корпусе цилиндра поступает в левую часть кольцевого
пространства 19, давя на клапан. Как только поршень 16 при
дальнейшем движении вперед вновь откроет выхлопное отверстие, давление в задней
части цилиндра, а также в правой части кольцевого пространства снижается и
клапан 20 перемещается вправо, перекрывая кольцевое отверстие 17. Сжатый
воздух начинает поступать в переднюю часть цилиндра по каналу 15, заставляя
поршень двигаться влево. После перекрытия поршнем - выхлопного отверстия воздух
в задней части цилиндра сжимается и давит на клапан. Как только вновь откроется
выхлопное отверстие, давление воздуха в передней части цилиндра и, следовательно,
в левой части кольцевого пространства снижается почти до нормального, а клапан
под воздействием избыточного давления справа перемещается в крайнее левое
положение. Ход клапана составляет всего 0,5-0,6 мм. Затем воздух вновь
поступает в заднюю часть цилиндра и процесс повторяется. Ежеминутно поршень наносит
около 2000 ударов по буру. При движении поршня вперед (рабочий ход) он
перемещается поступательно без поворота, а поворотный винт поворачивается на
определенный угол, зависящий от шага спиральной нарезки. При обратном (холостом)
ходе поршня собачки препятствуют повороту винта и поворачивается поршень. Вместе
с поршнем поворачивается ведущая муфта, которая при помощи кулачков
передает вращение поворотной муфте. Так как поворотная муфта соединена с буром,
то последний также поворачивается. Следующий удар бур нанесет уже в новом месте
забоя шпура.
Рисунок 2 - Телескопный
перфоратор с буровой колонкой БК-1В: 1 - цилиндр; 2 - поршень; 3
- канат; 4 - распорная колонка; 5 - буродержатель; 6 - бур; 7
- перфоратор; 8-подвижная каретка
Колонковые перфораторы
устанавливают на распорных колонках. В этом случае для подачи перфоратора
применяют цепные или винтовые автоподатчики. Распорная колонка вместе с
бурильным молотком и автоподатчиком представляет собой бурильную установку. Распорная
колонка устанавливается вертикально между кровлей и почвой выработки (или
горизонтально между ее боками). С помощью кронштейна к ней крепится
автоподатчик с молотком. Автоподатчики обеспечивают с помощью пневматического
двигателя (мощностью 0,5-4,8 кВт) усилие. подачи 6 - 9,8 кН и ход подачи Ї200-1400 мм. В промышленности используются колонковые бурильные
установки КБУ-50 и КБУ-80 с перфораторами соответственно ПК-60 и ПК-80.
Колонковые перфораторы
устанавливают также на специальных платформах на колесно-рельсовом и
пневмоколесном ходу с пневматическим, и дизельным приводом. Такие устройства
называются буровыми установками. Перфораторы с автоподатчиками монтируются на
манипуляторах, позволяющих устанавливать их в пределах определенной площади
забоя. На установках монтируют от одного до четырех перфораторов. Зона
обуривания с одного положения установки составляет по высоте 2,9-7,1 м, по
ширине 3,2-8,5 м. Конструкция некоторых установок (портальных) обеспечивает
беспрепятственное движение под ними проходческого оборудования (погрузочных
машин и вагонеток).
Унифицированный ряд буровых
установок типа УБШ состоит из 9 машин шести типоразмеров для использования их в
различных условиях: УБШ101, УБШ208 (2УБН2П), УБШ207 (СБКН2М) и др.
Телескопные перфораторы (рис.2) массой
38-48 кг служат для бурения восстающих шпуров диаметром 40-85 мм, а также
скважин (штанговых шпуров) длиной до 12--15 м. Телескопный перфоратор,
установленный на буровой колонке БК-1В, показан на рис.2 Колонка состоит из
пневматического канатно-поршневого податчика, подвижной
каретки, на которой крепится перфоратор, и распорной пневматической колонки, с
помощью которой податчик крепится между почвой и кровлей выработки. Выпускаемые
отечественной промышленностью перфораторы рассчитаны на давление воздуха 0,5-0,7
МПа. Их характеристика приведена в табл.1
Таблица 1
Характеристика отечественных
перфораторов
Станки вращательно-ударного бурения
принципиально не отличаются от подобных машин для бурения шпуров. Их применяют
для бурения скважин по породам с коэффициентом крепости f=
8-20. Станки устанавливают на распорных колонках (КБУ-50 и КБУ-80) и на
самоходных гусеничных или пневмо-колесных (ПБУ-80) тележках. Буровой инструмент
состоит из буровой коронки, армированной твердым сплавом, и комплекта буровых
штанг длиной 1-1,5 м, соединяемых друг с другом муфтами. Удаление буровой
мелочи осуществляется водой или воздушно-водяной смесью.
Рисунок 3 - Буровой станок
НКР-ЮОМА
Наиболее распространенным
станком пневмоударного бурения является станок НКР-ЮОМА с пневмоударником П1-75.
Выпускаются разновидности станков с электро- и пневмоприводом, с нормальным или
повышенным усилием подачи.
Таблица 2.
Характеристика станков
вращательно-ударного бурения
В отличие от обычного
перфоратора пневмоударник не имеет поворотного механизма, а необходимый поворот
бурового инструмента (вместе с пневмоударником) осуществляется специальным
двигателем через буровые штанги.
Внутри цилиндрического корпуса 3
пневмоударника расположены ударник 6, золотниковая коробка 2, золотник
11, опорная шайба 10, хвостовик буровой коронки (долота) 8. Коронка
удерживается шпонкой 7. Посредством переходника пневмоударник соединяется с
буровой штангой 1. Штанги круглого сечения (длиной по 1,2 м) внутри имеют канал
и соединяются одна с другой конической резьбой. При нахождении золотника в
крайнем левом положении воздушно-водяная смесь через штанги и каналы в
золотниковой коробке и опорной шайбе поступает в цилиндр пневмоударника и
ударник движется вправо, нанося удар по коронке. Если золотник занимает крайнее
правое положение, то воздушно-водяная смесь через трубку 4 и каналы в
ударнике поступает в правую часть цилиндра, давит на ударник и возвращает его в
исходное положение. Перемещение золотника происходит автоматически аналогично
тому, как это осуществляется в перфораторах (на схеме не показан ряд каналов в
воздухораспределительном устройстве).
Буровая мелочь из скважины
удаляется воздушно-водяной смесью, поступающей из пневмоударника через
выхлопные отверстия 5 и канал 9.
Для буровзрывных работ в
карьерах применяются на горнорудных предприятиях КМА и Кривбасса применяется
комбинированная технология бурения скважин, при которой скважины диаметром 250
мм, пробуренные станками шарошечного бурения, расширяются станками огневого
бурения до диаметра 450-500 мм. Такая технология позволяет повысить в целом
эффективность буровзрывных работ. Для подобной технологии на базе серийно
выпускаемого станка СБШ-250МН выпущены и на Михайловском ГОКе испытаны станки
СБШ-250МНР для шарошечного бурения и огневого расширения скважин.
Самоходная буровая установка
УКБ-200/ЗООС применяется для бурения скважин диаметрами 59-93 мм, а иногда и
112-132 мм на глубину 100-150 м в районах, доступных для автотранспорта, в
настоящее время используется установка СБУДМ-150-ЗИВ. "Для повышения
эффективности бурения скважин глубиной до 200-300 м создана самоходная
установка УКБ-200/ЗООС (рис.4). Она состоит из бурового станка УКБ-200/300 5
с дизельным приводом, бурового насоса НБЗ-120/400С 4, мачты 1 с
цилиндром подъема 6 и со средствами механизации спуско-подъемных
операций, включая полуавтоматический элеватор и труборазворот 7, бурового здания 3, электрооборудования, автомобиля высокой
проходимости ЗИЛ-131 2, прицепа 2ПН2 (710В).
Рис.4 - Самоходная
буровая установка УКБ - 200/300С
Выемку и погрузку руд и пустых
пород в карьерах осуществляют одноковшовыми экскаваторами. В рудной
промышленности наибольшее распространение имеют одноковшовые экскаваторы. По
конструкции рабочего оборудования одноковшовые экскаваторы подразделяются на
следующие типы: прямая механическая лопата; драглайн (канатно-ковшовый экскаватор);
обратная механическая лопата (канавокопатель); струг; грейферный экскаватор.
(рис.5)
Рисунок 5 - Экскаватор ЭКГ-5А
Автосамосвалы. Их широкое
применение на рудных карьерах связано с хорошей приспособленностью для работы в
стесненных условиях на коротких расстояниях и при относительно больших подъемах
и спусках. Техническая характеристика. отечественных самосвалов приведена в
табл.3.
Автосамосвал КрАЗ-256Б
Кременчугского автомобильного завода обладает высокой проходимостью. Его
успешно применяют на небольших карьерах, а также при удалении наносов,
состоящих из мягких вскрышных пород с низкой несущей способностью.
Автосамосвал МоАЗ-522А
могилевского автомобильного завода им. С.М. Кирова имеет колесную формулу 4X4, т.е.
все его колеса приводные, что позволяет использовать его при отсутствии дорог с
твердым покрытием, особенно в период строительства карьеров. Автомобиль имеет
широкопрофильные односкатные шины низкого давления (0,35 МПа).
Техническая характеристика
отечественных самосвалов
Рисунок 6 - Автомобиль
БелАЗ-549
Конвейерный транспорт находит
все более широкое применение на горнорудных предприятиях. Конвейеризация
транспорта позволяет значительно повысить производительность труда и устранить
"узкие" места в работе транспорта. Так, на рудниках в ряде случаев
возможно сокращение числа рудоспусков в отрабатываемых блоках, благодаря чему
увеличивается интенсивность выпуска руды, сокращается объем проходческих работ,
сроков подготовки и отработки блоков, а следовательно, и поддержания в работоспособном
состоянии горных выработок.
Современные конвейерные
установки разделяют: по назначению и месту установки в
шахте: на забойные, штрековые, уклонные, бремсберговые, магистральные,
подъемные и специального назначения (проходческие, бункерные, питатели,
перегружатели и др.);
по типу тяговых органов: с
цепным, ленточным и канатным тяговыми органами; без тяговых органов;
по конструкции: скребковые,
пластинчатые, ленточные, ленточно-канатные, ленточно-цепные, качающиеся,
вибрационные, винтовые;
по роду потребляемой энергии: электрические,
пневматические, гидравлические, электромагнитные.
Все конвейерные установки
состоят из следующих основных частей: тягового органа, грузонесущих элементов,
приводного устройства и вспомогательного оборудования. Транспортирование
насыпных грузов скребковыми конвейерами осуществляется волочением по
неподвижному желобу с помощью тягового органа, состоящего из одной или
нескольких цепей с укрепленными на них перегородками-скребками, погруженными в
слой насыпного груза). Скребковые конвейеры, предназначенные для доставки руды,
перемещают груз с помощью скребкового тягового органа непосредственно по почве
или по специальному настилу.
К преимуществам скребковых
конвейеров относятся их высокая прочность, безотказность в работе, способность
работать на трассах с небольшими искривлениями как в вертикальной, так и в
горизонтальной плоскостях. По мере необходимости скребковые, конвейеры можно
легко укорачивать и удлинять, можно загружать в любом месте по длине става. Скребковые
конвейеры по сравнению с конвейерами других типов имеют небольшую высоту става,
что облегчает их загрузку. К недостаткам скребковых конвейеров следует в первую
очередь отнести сам принцип перемещения груза волочением, что связано с большим
сопротивлением движению, быстрым износом рештаков и тягового органа,
измельчением транспортируемого материала и, как следствие, снижением его
сортности.
Рисунок 7 - Скребковый разборный
конвейер СР-70
Современные скребковые конвейеры
имеют производительность, достигающую 570 т/ч, длину става до 300 м и суммарную
мощность приводных станций до 275 кВт. Максимальный угол наклона, при котором
скребковые конвейеры могут транспортировать насыпные грузы, достигает 20°, а
для тормозных конвейеров - 40°. При больших углах наклона начинается
пересыпание груза через скребки.
Скребковые конвейеры используют
также в качестве донных для загрузки и разгрузки бункер-конвейеров и самоходных
вагонов.
Скреперная установка (рис.18) состоит
из скреперной лебедки, скрепера, головного и хвостового канатов и концевых и
отклоняющих блоквв. Во время работы скрепер совершает возвратно-поступательные
движения. Движение скрепера от забоя (рабочий ход) осуществляется головным
канатом, на забой (холостой ход) - хвостовым канатом. При рабочем ходе скрепер,
внедряясь в штабель разрыхленной горной массы, самозагружается и транспортирует
груз волочением по почве до места разгрузки в рудоспуск или в вагонетку. Производительность
скреперной установки составляет в среднем 150-250 т/смену (максимальная 800
т/смену), рациональная длина транспортирования - 10-50 м, максимальный угол
наклона трассы - до 45°, максимальная крупность транспортируемых кусков - до
1000 мм.
Скреперные установки на рудных
шахтах применяют в очистных забоях для доставки руды от выпускных дучек до
рудоспуска (рис.8, а) с последующей люковой погрузкой в другие виды
транспорта или непосредственно в вагонетки (рис.8, б), для доставки руды
по аккумулирующим выработкам, для подачи закладочных материалов в выработанное
пространство. Их также широко используют на проходке горизонтальных и наклонных
выработок (рис.8, в).
Рисунок 8 -
Схемы скреперных установок: 1 - скреперная лебедка; 2 - скрепер; 3 - головной канат; 4 - хвостовой канат; 5 - концевой
блок; 6 - отклоняющий блок; 7 - грохотная решетка; 8 - дучка; 9
- рудоспуск; 10 – полок
К самоходным транспортным
машинам относят самоходные вагоны на пневмоколесном ходу и автосамосвалы.
Самоходные транспортные машины
получили наибольшее распространение в горнорудной промышленности как в качестве
основного вида транспорта, так и в сочетании с электровозной откаткой и
конвейерами.
Основными преимуществами
самоходных транспортных машин являются: высокая производительность (до 1000
т/смену на одну установку при длине транспортирования до 200 м; средняя
производительность 300-500 т/смену), хорошая маневренность, возможность
преодоления больших (до 15°) подъемов, небольшие (до 10 - 12, м) радиусы
поворота машин и др.
К недостаткам самоходных машин
следует отнести высокую стоимость, сложность изготовления, значительный износ
шин. Несмотря на указанные выше недостатки внедрение самоходного оборудования
способствует повышению производительности труда, снижению себестоимости добычи
и повышению безопасности ведения горных работ.
Рисунок 9 - Кабельный самоходный
вагон типа ВС
Наибольшее распространение в
горной промышленности получили погрузочные машины с ковшом на перекатывающейся
рукояти. Машина этого типа (рис. 10) состоит из исполнительного органа,
включающего ковш 1 и рукоять 2, ходовой тележки 3, поворотной
платформы 4, на которой установлена лебедка подъема ковша, двух
двигателей 5, механизмов управления 6 и подножки. Погрузочные
машины периодического действия как отечественные, так и зарубежные имеют
емкость ковша от 0,125 до 0,8 м3; суммарную мощность привода от 15
до 50 кВт; производительность (техническую) от 0,5 до 2 м3/мин.
Рисунок 10. - Погрузочная машина
прямой погрузки (ПГШ-1С)
На рудниках используется система
конвейеров для транспортировки горной массы: это ленточные, ленточно-канатные,
пластинчатые, вибрационные и другие виды конвейеров.
Литература
1. Грабчак Л.Г., Брылов С.А., Комащенко
В.И. Проведение горно-разведочных выработок и основы разработки месторождений
полезных ископаемых. М.: Недра, 1988. - 566с.
2. Татаренко А.М., Максецкий И.П. Рудничный
транспорт. М.: Недра, 1990. - 318с.
3. Борисов С.С. Горное дело. М.: Недра,
1988. - 320с.