книги из ГПНТБ / Давыдов В.В. Вскрышные работы на угольных карьерах в зимнее время

бермы должны быть углублены в плотный грунт не менее чем на 25 см-,

заградительные дамбы должны иметь ядро из водонепрони­ цаемого материала; во избежание размыва плотины ядро должно быть углублено в плотный грунт;

перед таянием снега рвы для стока воды должны быть тща­ тельно очищены;

воткосах уступов или дамб размытые места должны быть заполнены грунтом;

впериод таяния снега, весенних и осенних дождей водоотлив­ ные установки должны быть в исправном состоянии.

Во избежание перебоя в добыче угля необходимо, чтобы экс­ каватор, работающий на верхнем уступе, имел такое опережение, которое давало бы возможность экскаватору, работающему на нижнем уступе, работать до окончания снеготаяния. В случае невозможности это сделать, необходимо производить своевремен­ ное удаление снега из верхнего забоя.

§11. Применение морозоустойчивых смазочных средств

Смомента наступления отрицательной температуры необходи­ мо работающие механизмы перевести на зимнюю смазку, т. е. на масла большой вязкости и с пониженной точкой замерзания.

Для смазки машин и механизмов в зимний период могут быть рекомендованы: для вагонов и осей электровозов — машинное масло 5,96° Энглера, для подшипников двигателей на экскавато­ рах и электровозах—электромоторное масло 7,71° Энглера, для резиновых транспортерных лент —глицерин. В зимний период густые смазки не должны содержать влаги более 1 %.

§ 12. Защита водоотливных установок

Для предохранения водоотливных установок от замерзания необходимо проводить следующие мероприятия: обогрев задви­ жек с помощью подвешиваемых жаровень; очистку решеток, рвов и каналов для стоков воды; теплоизоляцию всех трубопроводов, вентилей, задвижек, кранов; отопление помещений насосных станций.

У водоотливных установок необходимо предусмотреть возмож­ ность осушения всей системы через спускной вентиль, установ­ ленный на самой низкой отметке; кроме того, необходимо обеспе­ чить возможность выпуска воды из каждого насоса. В случае замерзания водопроводов, необходимо производить их отогрев сварочным трансформатором. Пожарные штуцеры должны хоро­ шо изолироваться и действие их должно периодически прове­ ряться.

29

§13. Прочие мероприятия

Вцелях уменьшения простоев в зимнее время, необходимо обеспечить парк машин запасными частями, морозоустойчивыми

смазочными и другими материалами.

§14. Уменьшение фронта работ по экскавации породы в зимнее время

Особенностью производства вскрышных работ на угольных карьерах в зимнее время является большая площадь замерзаю­ щих пород, подлежащих разработке.

Толщина замерзшего слоя' на откосах несколько меньше, чем горизонтальной поверхности.

Наблюдения показали, что больше всего промерзают верхняя кромка и подножие откоса.

Для облегчения производства вскрышных работ в зимнее вре­ мя целесообразно уменьшить, если это допустимо по условиям отработки, длину фронта работ для каждого экскаватора с той целью, чтобы сократить период времени, необходимый для воз­ вращения его в исходное положение; при этом целесообразно также установить оптимальную для каждого случая толщину снимаемой стружки.

Длина фронта работ должна определяться временем, в тече­ ние которого порода остынет до предельной температуры, и скоростью движения экскаватора.

При работе на коротком фронте работ желательно по возмож­ ности, учитывая длину ковшовой рамы у многоковшового и дли­ ну рукояти у роторного экскаватора, увеличить высоту уступа. В этом случае с каждого метра длины уступа возможно снять больше породы.

С целью сохранения ходовой части желательно, чтобы про­ должительность работы экскаватора с одной стоянки была мак­ симально возможной.

Это правило получило за последнее время большое распро­ странение в ГДР. Работа «блоком» в ГДР производится глав­ ным образом роторными экскаваторами на гусеничном ходу, которые благодаря большой подачи роторной стрелы и возмож­ ности поворачиваться вокруг своей оси могут продолжительное время действовать с одной стоянки. Продолжительное время с од­ ной стоянки могут работать и многоковшовые экскаваторы верх­ него черпания, если они могут поворачиваться вокруг своей Оси

иимеют ковшовую раму значительной длины.

Внекоторых случаях целесообразно работать «блоком» л транспортно-отвальными мостами, если они также могут повора­ чиваться вокруг вертикальной оси отвальной опоры и имеют телескопическую часть. В этом случае временно останавливается отвальная опора и экскаваторы будут работать некоторое время

на ограниченном фронте.

30

Определение времени остывания породы до 0° С. Наиболь шую прочность грунт будет иметь у наружной поверхности, по­ этому необходимо знать время остывания породы до 0° С и пе­ риод времени, в течение которого мерзлая корка достигает такой толщины, которую экскаватор не сможет разрабатывать. ■

Время промерзания грунта зависит от температуры наруж­ ного воздуха, коэффициента теплопроводности и термоактивной влажности, наличия или отсутствия теплового потока из нижних слоев грунта и снегового покрова.

При определении времени остывания породы должны быть учтены примерно следующие требования:

изменение агрегатного состояния влаги, содержащейся в грун­ те, и происходящее при этом поглощение и выделение скрытой теплоты и изменение тепловых констант;

сезонные колебания воздуха.

Для практических целей необходимо определить время, в те­ чение которого порода будет остывать до 0° С, т. е. до того мо­ мента, когда ее прочность начнет увеличиваться при определен­ ной отрицательной температуре наружного воздуха.

Время, в течение которого порода остынет до 0° С, можно оп­ ределить по формуле

__ ^>’<''/'ср. п

а (Гср. п — Л. н)

где а— коэффициент продуваемости, зависящий от силы ветра, угла наклона, охлаждающейся поверхности и нали­ чия снегового покрова:

Определение скорости оттаивания и замерзания грунта на определенную глубину. Кроме определения времени остывания породы до 0° С, необходимо знать скорости замерзания и оттаи­ вания пород на определенную глубину. Поэтому длина фронта работ должна рассчитываться для времени остывания породы не до 0°С, а для остывания породы на определенную глубину, на которую можно отрабатывать различными экскаваторами.

Допустимая глубина промерзшего грунта, при которой воз­ можна разработка его, зависит от конструкции и размера экска­ ватора. У современных мощных многоковшовых экскаваторов затруднения в работе начинают возникать, когда глубина про­

31

мерзания достигает 0,20—0,30 м. На Семеновско-Головковеком карьере многоковшовый экскаватор ДС-1500 может разрабаты­ вать грунт, промерзший на большую глубину, чем экскаватор Д-500 на Байдаковском карьере.

Влияние отрицательных температур при экскавации породы одноковшовыми экскаваторами будет значительно меньше, чем при разработке машинами непрерывного действия.

Своеобразие температурных изменений на определенной глу­ бине от поверхности заключается в том, что:

а) при замерзании грунта предполагается, что в'се количество холода с поверхности расходуется на превращение грунтовой воды в лед;

Рис. 6. Схема распределения температур при за­

б) при отрицательной температуре наружного воздуха начи­ нает происходить замерзание воды от поверхности, распростра­ няясь постепенно вглубь. За время ta промерзание грунта дости­ гает глубины Л3 (рис..6).

Затем с изменением отрицательной температуры на положи­ тельную грунт начинает постепенно оттаивать. Оттаивание на­ чинается с поверхности и через определенный промежуток вре­ мени t0 достигает глубины h0, равной глубине Л3.

На глубине от поверхности будет находиться граница между, талым и мерзлым грунтами. Выше границы температура грунта значительно отличается от 0° С и увеличивается по мере приближения к поверхности; ее значение связано со значением температуры наружного воздуха и зависит от изменений по­ следней.

Для ориентировочных подсчетов времени промерзания и от­ таивания грунтов (Z3) могут применяться эмпирические формулы.

Для сухих грунтов (влажность до 10%) при снятом расти­ тельном слое можно пользоваться формулой Сибирского филиала Центрального научно-исследовательского института железнодо­ рожного строительства

= «1 -ут- (1 + -рА суток,

где Ге — среднесуточная температура воздуха у поверхности земли за период промерзания или оттаивания, град- (с положительным знаком);

—коэффициент, равный для:

крупногалечных и галечных отложений 0,05— 0,07;

галечно-песчаных и песчаных отложений 0,08 — 0,09;

промерзание грунта на допустимую величину составит, таким образом. x + t3.

Чтобы скорость снятия стружки была выше, чем скорость про­ мерзания, необходимо вести "вскрышные работы по талому грунту.

Правильно используя процессы замерзания и таяния, можно значительно сократить глубину промерзания и ускорить оттаи­ вание породы, облегчить работу механизмов и продлить работу их в условиях, наиболее похожих на летние.

Необходимо тщательно рассмотреть производство работ ран­ ней весной. При этом должно быть сделано все для ускорения таяния грунтов и выбраны целесообразные схемы работ.

Ускорение таяния грунтов может быть достигнуто при пра­ вильном выборе участка для весенних работ и соответствующей подготовке поверхности на нем. Участок желательно выбрать наиболее сухой, чтобы рабочий борт был обращен на юго-запад, если это не ухудшит другие показатели.

Например, рабочие борты трех украинских карьеров в данное время расположены по-разному: на Юрковском — обращен на север; Байдаковском — на восток и Семеновско-Головковском — на запад. При дальнейшей разработке борт Юрковского карьера будет поворачиваться к западу, Семеновско-Головковского— к северу и Байдаковского — к югу. .Таким образом, в наилучшем положении окажется Байдаковский карьер, где возможно будет

33

вскрышные работы начинать весной, раньше, чем на других карьерах.

Удаление весной после прекращения морозов снежного покро­ ва ускоряет таяние грунта. В осеннее время для продления рабо­ чего сезона также целесообразно провести соответствующую под­ готовку участков, на которых будут производиться работы. Хо­ рошие результаты дает предварительное вспахивание (рыхление) пород на глубину 0,5 м в продольном и поперечном направле­ ниях и последующее боронование на глубину 10—20 см. Между заборонованным и разрыхленным грунтом образуется воздушная теплоизолирующая прослойка. Это мероприятие значительно уменьшит глубину промерзания.

В январе 1950 г. на .карьере Эспенхайн в. ГДР при темпера­ туре —25° С, которая держалась в течение месяца, вскрышные работы мостом не прекращались, так как многоковшовый экска­ ватор нижнего черпания, работая с переполнением ковша, остав­ лял позади себя рыхленый слой толщиной 20 см. По этой причине откос нижнего уступа не успевал замерзать до следующего про­ хождения экскаватора. Верхний уступ не был прикрыт рыхлым слоем породы и промерзал на глубину до 30 см. Чтобы не пре­ рывать работу моста, производилось ' оттаивание откоса путем сжигания брикета, предварительно политого бензином и соляркой.

На Байдаковском карьере зимой 1956—1957 гг. под руковод­ ством проф. Новожилова М. Г. велись эксперименты с рыхлением грунтов. Порода на участке длиной 200 м и шириной 6 м была разрыхлена экскаватором СЭ-3 на глубину 0,5—1 м, что значи­ тельно облегчило работу экскаваторов ЕС-500 и ИСУ-450 при по­ нижении температуры до —20° С. .

В; Ф. Утенков считает, что вспашка грунта на глубину 35 см с последующим боронованием на 20 см уменьшает глубину про­ мерзания в 3—4 раза, при этом разработка мерзлого рыхленого грунта в несколько раз легче, чем замерзшего в целике.

Стоимость тракторной вспашки на глубину 0,35 м в Алексан­ дрийской МТ.С составляет 0,65 коп. за 1 м2.

В зимний период целесообразно организовать снегозадержа­ ние, что искусственно увеличивает теплоизоляцию разрабатывае­ мой поверхности, но до начала вскрышных работ снег должен быть удален.

Зависимость понижения температуры породы от времени.

Прочность мерзлых грунтов зависит от их температуры. Темпера­ тура грунтов в свою очередь зависит от температуры наружного воздуха и времени остывания и не остается постоянной. В неко­ торых случаях бывает необходимо знать температуру грунта после определенного времени остывания. Это может потребовать­ ся при определении длины фронта работ в зимнее время.

Для этого необходимо составить формулу, которая выражала бы зависимость понижения температуры породы Гп от времени t при температуре наружного воздуха Г,яв, причем Гн.в ниже Га.

34

Глава HI

ПРОИЗВОДСТВО ДОБЫЧИ УГЛЯ В ЗИМНЕЕ ВРЕМЯ

Наибольшие трудности возникают при добыче бурых углей, которые отличаются большой влажностью. На украинских карь­ ерах влажность бурых углей достигает 50—55%. Рабочая влаж­ ность каменных углей не превышает 10%, поэтому прочность и разработка их в зимнее время будут мало отличаться от летних.

Физические свойства мерзлого бурого угля резко отличаются от некоторых промерзших вскрышных пород, например, суглин­ ков и глин. Промерзшие глины и суглинки, имея повышенную крепость и твердость, сохраняют значительную вязкость. Мерз­ лый бурый уголь при повышенной крепости становится довольно хрупким. Это оказывает некоторое влияние на режимы произ­ водства вскрышных работ и добычи угля с применением много­ ковшовых и роторных экскаваторов. Вскрышные работы в ГДР, как правило, в зимнее время не производятся, а в Украинской ССР сильно ограничиваются, добыча же угля производится круглый год. Вскрышные работы на этих карьерах производятся только в случае, когда нет достаточных запасов угля, готовых

квыемке.

Внастоящее время добыча бурого угля многоковшовыми и роторными экскаваторами зимой на территории Советского Сою­ за производится на карьерах Украины и Башкирии.

Опыт работы экскаваторов непрерывного действия при до­ быче угля на украинских карьерах, в частности на Юрковском, дает возможность сделать некоторые выводы о их работе в зим­ нее время.

Юрковский буроугольный карьер проектной мощностью 1 млн. г угля в год, находящийся в Черкасской области Украин­ ской ССР, введен в эксплуатацию в 1952 году. Минимальная температура наблюдается >в этом районе в феврале. Первые заморозки наступают в ноябре. Продолжительность зимы сос­ тавляет около 120 дней. Снежный покров достигает 30 см, глу-

36

бина 'промерзания— 1,1 м. Среднегодовая сумма осадков равна

550 мм.

Угольный пласт залегает горизонтально на глубине от 7,15 до 55 м от поверхности земли. Средняя глубина залегания со­ ставляет 41 м. Мощность угольного пласта в среднем равна 7,8 м. Вскрышные породы представлены лессовидными грунта­ ми, суглинками и песками.

Месторождение до его освоения было сильно обводнено. Имеется три горизонта грунтовых вод: подугольный, межуголь­ ный и надугольный. В настоящее время уровень грунтовых вод

вграницах карьерного поля находится ниже почвы пласта.

Втабл. 15 показаны объемы вскрышных работ и добыча

угля за 1956—1958 гг.

Верхний слой угля промерзает примерно на 30 см, поэтому зачистка кровли пласта роторными экскаваторами становится невозможной, в связи с чем, кроме экскаваторов, необходимо дополнительно применять на зачистке бульдозеры и тракторы с рыхлителями.

При глубине промерзания угля до 30 см разработка, хотя и в замедленном темпе, многоковшовыми и роторными экска­ ваторами возможна. При глубине промерзания угля более 30 см разработка угля роторными экскаваторами невозможна без предварительного рыхления.

Самым выгодным для разрушения мерзлой корки роторными экскаваторами является положение роторного колеса на глу­ бине, равной половине его высоты, т. е. ось колеса должна находиться на одном уровне с этой коркой. В этом случае каса­ тельные усилия зубьев колеса направлены перпендикулярно мерзлой корке угля и работают на излом.

Многоковшовым экскаватором РС-300 возможно разрабаты­ вать уголь с глубиной промерзания до 60 см, без предваритель­ ного рыхления. Можно было бы предварительно разрушать мерз­ лую корку угля рыхлителем, но он часто вырывает крупные глы­ бы, что .затрудняет черпание угля и ухудшает состояние желез­ нодорожных путей. Крупные мерзлые глыбы часто не вмещаются

вчерпаки, и нарушают плавное движение черпаковой цепи. Целесообразно при первом ходе экскаватора снять мерзлую

корку и небольшой слой талого угля. Для этого рама ставится в положение с таким углом черпания, чтобы усилия режущей ча­

37