В зависимости от взаимного расположения забоя и горизонта установки выемочно-погрузочной машины различают выемку верхним, нижним и смешанным (верхним и нижним) черпанием. Аналогично различают и погрузку нижнюю, верхнюю и смешанную (рис.5.2.).

Рисунок 5.1 - схемы выемочно-погрузочных машин:

а- прямая мехлопата; б – обратная мехлопата; в – драглайн; г- грейфер; д – цепной многоковшовый экскаватор; е – роторный экскаватор; ж – колесный скрепер; з – бульдозер; и – шнекоуборочная машина; к – погрузчик.

Рисунок 5.2 - Схемы работы экскаватора:

а – с верхнем черпанием и нижней погрузкой; б – с верхним черпанием и верхней погрузкой; в – с верхнем и нижним черпанием и верхней и нижней погрузкой.

Техническая возможность и экономическая целесообразность использования на карьерах различного выемочно-погрузочного оборудования зависит от крепости пород, условий залегания полезного ископаемого, требуемой производительности одной машины и карьера в целом, виды механизации смежных процессов (подготовка пород к выемке и транспортирование горной массы), климатических условий, способа выемки (валовой или селективной) и о других факторов.

5.2 Выемка погрузка экскаватором

Для выемочно-погрузочных работ на карьерах наибольшее применение получили экскаваторы. Черпание горной массы, ее перемещение к месту разгрузке, разгрузка и поворот к месту очередного черпания осуществляется одноковшовым экскаватором последовательно. В совокупности эти операции составляют рабочий цикл экскаватора. Многоковшовыми экскаваторами эти операции выполняются одновременно. Поэтому одноковшовые экскаваторы являются машинами цикличного действия, а многоковшовые – машинами непрерывного действия.

Как одноковшовые, так и многоковшовые экскаваторы состоят из рабочего, механического, ходового и силового оборудования, рамы, кузова и механизмов управления.

По признаку конструктивной связи ковша со стрелой различают одноковшовые экскаваторы с жесткой связью (прямая мехлопата, обратная мехлопата, гидравлический экскаватор) и одноковшовые экскаваторы с гибкой связью (драглайн, грейфер).

Многоковшовые экскаваторы разделяются на цепные (с ковшами, укрепленными на бесконечные цепи), скребково-ковшовыми со скребковым рабочим органом и ковшовой цепью для черпания горной массы и перемещения ее к месту разгрузке, фрезерно-ковшовые с фрезерным рабочим органом и ковшовой цепью, роторные, у которых рабочим органом является роторное колесо с ковшами для черпания горной массы.

По типу ходового оборудования одноковшовые экскаваторы разделяются на гусеничные, пневмоколесные, шагающие, плавучие, а многоковшовые – на гусеничной, шагающе-рельсовые, рельсо-гусеничные и на железнодорожном ходу.

В зависимости от силового оборудования как одноковшовые, так и многоковшовые экскаваторы бывают электрические, дизель-электрические и дизель-гидравлические. На карьерах в основном применяются электрические экскаваторы.

Прямые мехлопаты, благодаря жесткой связи стрелы с ковшом, развивают большие усилия черпания (до 3500 Н/см) и характеризуются большой прочностью рабочего оборудования. Они выпускаются различных типоразмеров с ковшовой вместимостью 0,25-0,35 м3 (и более) и применяются при разработке мягких и разрыхленных полускальных и скальных пород. По объемам выполнения работ на карьерах прямые мехлопаты занимают доминирующее положение. Применяются они как при погрузке пород в транспортные средства, так и при перевалке пород в выработанное пространство. Основной недостаток мехлопат – прерывность (цикличность) рабочего процесса. На экскавацию (черпание) затрачивают только 20-30% времени цикла. В последнее время как на зарубежных, так и на отечественных карьерах получают применение гидравлические экскаваторы, имеющие определенные преимущества перед механическими лопатами.

Драглайны благодаря гибкой подвески рабочего органа, обеспечивают перемещение горной массы на большее расстояние, чем мехлопаты. Однако они развивают меньшие усилия черпания, чем мехлопаты. На карьерах драглайны используются в основном для выемке и перевалки в выработанное пространство мягких и разрыхленных полускальных пород. Более мощные драглайны с ковшом вместимостью 10 м3 и более применяются для разработки хорошо разрыхленных скальных пород. Драглайны используются также для возведения насыпей, проведения траншей, канав, зачистки полезных ископаемых и выполнения других работ. Небольшие и средние драглайны с ковшом вместимостью < 10 м3 иногда используется для погрузки горной массы в транспортные средства.

Цепные многоковшовые экскаваторы используются для выемки мягких и плотных пород в условиях мягкого климата. Непрерывность выемки и безударность разгрузки позволяют применять их в комплексе с ленточными конвейерами и облегченными вагонами (с более низким коэффициентом тары). Удельная производительность цепных многоковшовых экскаваторов (на 1т их массы) на 25-30% выше, чем у одноковшовых экскаваторов. Недостатком многоковшовых экскаваторов является большой износ направляющих устройств и черепковой цепи. При этом увеличивается энергоемкость экскавации. К недостаткам следует отнести и небольшие усилия черпания (до 600Н/см).

Роторные экскаваторы по сравнению с цепными обеспечивают снижение массы экскаваторы на единицу производительности примерно в 1,2-1,4 раза за счет разделения функций выемки и транспортирования горной массы к месту разгрузки. Большие усилия черпания (до 1800Н/см) позволяют экскавировать плотные и мерзлые горные породы и угли. Роторные экскаваторы эффективно используются для раздельной выемки. Процесс экскавации роторного экскаватора более легко подается автоматизации.

5.2.1 Технологические параметры мехлопат и драглайнов

В зависимости от назначения и конструктивных особенностей одноковшовые экскаваторы разделяются на пять типов: экскаваторы строительные гусеничные и пневмоколесные с ковшом вместимостью 0,1 d 2,5 м (тип ЭС), экскаваторы карьерно-строителъные гусеничные с ковшом вместимостью 1,25-8 м (тип ЭКСГ), экскаваторы карьерные гусеничные с ковшом вместимостью 2-20 м (тип ЭКГ), экскаватора вскрышные гусеничные с ковшом вместимостью 4-100 м (тип ЭВГ) N шагающие драглайны с ковшом вместимостью 4-120 м (тип ЭШ).

Строительные экскаваторы характеризуются универсальностью оборудования и большой маневренностью. Они оборудованы дизельным или дизель-электрическим приводом и имеют гусеничный или пневмоколесный ход. Используются преимущественно на земляных работах I строительстве. На открытых разработках строительные экскаваторы применяются на небольших карьерах по добыче глины, песка, гравия и других строительных горных пород (производительность до 2 млн. м горной массы в год). На крупных карьерах их иногда используют, при раздельной выемки полезного ископаемого и вскрышных пород или полезного ископаемого различных сортов, а также для вспомогательных работ.