Раздельная выемка роторными экскаваторами
Роторными экскаваторами эффективно осуществляется раздельная выемка залежей сложного строения. Обычно при этом применяется железнодорожный транспорт.
Способы раздельной выемки определяются сочетанием типов забоя и заходок, видом стружек, последовательностью, и направлением перемещения роторного колеса. Как и при использовании одноковшевых экскаваторов, возможна простая и сложная раздельная выемка (см. 19.2).
Выбор способа выемки зависит от угла и направления падения пластов по отношению откоса уступа, числа и мощности пластов в разделах заходки и направления последней к простиранию пластов, типа роторного экскаватора. Во многом выбор способа раздельной выемки обуславливается соотношением угла падения пластов α и вертикального угла встречи 
в роторного колеса с забоем. Обычно в = 35 - 40°. При α < в принципиально возможна раздельная выемка путем перемещения роторного колеса параллельно контакту пачки полезного ископаемого с породой, если привод подъема роторной стрелы работает на постоянном токе и разрешается совместное опускание и поворота стрелы.
Заходки различаются по направлению выемки и ширине. Обычно работы ведутся по простиранию, реже вкрест простирания сложноструктурных пластов, иногда по диагонали. Забой может быть торцовым или фронтальным; последний применяется только при экскаваторах с выдвижной стрелой при выемке по простиранию пластов.
При торцевом забое выемка породы и полезного ископаемого (далее угля) в пределах заходки может производится:
- последовательными слоями по высоте уступа на значительную часть длины заходки (такая послойная отработка часто называется также выемка боковым забоем) (рис. 22.7, а);
- аналогично сплошной выемке с отработкой забоя по высоте уступа на длину забойного блока (подвигания экскаватора) (рис. 22.7, б).
Рисунок 22.7 Схемы раздельной выемки в торцевом забое: а – длинными слоями в узкой заходке; б – на глубину звбойного блока в нормальной заходке
Простая раздельная выемка заключается в создании простого забоя, для чего необходимо выделение однородных заходок или однородных частей (блоков, слоев) в разнородной заходке. При использовании роторных экскаваторов простая раздельная выемка может производится боковым забоем при сплошной или послойной отработке узких заходок и иногда торцевым забоем при сплошной отработке нормальных заходок или продольным забоем.
Послойна отработка боковым забоем аналогична в сущности выделению подуступов и осуществляется узкими заходками при выемке вертикальными или комбинированными стружками. Каждый слой или даже отдельно вынимаемая пачка (пласт) отрабатывается за один или несколько проходов экскаватора вдоль заходки. Такой способ рационален при разработке по простиранию в случае согласованного залегания пластов и откосе уступа при угле падения пластов α = 0 - 15°, когда возможна раздельная выемка горизонтальными или наклонными слоями (рис. 22. 8, а, б). Послойная отработка заходки обуславливает большие потери угля (из-за оставления целиков в слое) и низкая производительность экскаватора во всех случаях разработки вкрест простирания, а при разработке по простиранию – при угле α > 12 - 15°, при несогласном залегании (рис. 22.8, в) и при α > 35 - 40° в случае согласованного залегания (рис. 22.8, г). Минимальная длина отдельно отрабатываемого слоя определяется из условия загрузки каждого состава только породой или углем (100 – 150 м).
Рисунок 22.8 Основные схемы раздельной выемки роторными экскаваторами в торцевых забоях при раздельной выемке по простиранию:
1 – 7 – последовательность (этапы) отработке слоев
При разработке по простиранию крутых пластов ( α > 35 - 40°) при согласованном падении пластов и откоса уступа эффективна выемка узкими заходками при боковом забое экскаватором для совмещения откоса уступа с контактом пласта ( рис. 22.8, д ); ширина заходок при этом равна горизонтальной мощности угольных пластов или пачек (не менее 5 - 8 м).
Сложная раздельная выемка производится в торцевых забоях при сплошной отработке нормальными по ширине ( иногда широких) заходок.
При несогласном падении крутых пластов часто производится выборочная выемка вертикальными стружками при отработке забоя горизонтальными слоями (рис. 22. 8, е).
Сложная раздельная выемка типична для разработки как по простиранию, так и в крест простирания наклонных и пологих пластов.
Раздельная выемка вертикальными многорядными стружками осуществляется путем выборочной отработки отдельных участков горизонтальных слоев забоя (рис. 22.8, ж, этапы 1, 2, 3, 4) или посредством отработки забоя наклонными слоями (рис. 22.8, и, этап 3). Раздельная выемка горизонтальными стружками при отработке забоя горизонтальными слоями производится путем ступенчатого опускания роторного колеса в процессе экскавации на толщину стружки при достижении контакта уголь – порода (рис. 22.8, з, этапы 2, 3). Возможна раздельная выемка горизонтальными стружками и при отработке забоя наклонными слоями (рис. 22.8, и, этап 4).
Основными преимуществами раздельной выемки горизонтальными стружками является уменьшение высоты слоя выемки до толщины одной стружки и более точное следование роторного колеса за контуром угля и породы. Вместе с тем выемка горизонтальными стружками характеризуется рядом недостатков. Поэтому в общем случае целесообразна раздельная выемка комбинированным способом (рис. 22. 8, к) с отработкой большой части забоя горизонтальными стружками и применение вертикальных стружек для устранения гребней на подошве уступа и отработки верхней части забоя при увеличении высоты уступа.
Выемка наклонными слоями существенно снижает потери и разубоживание угля, но при ручном режиме управления экскаватором обуславливает одновременное резкое уменьшение его производительности по сравнению с выемкой горизонтальными слоями даже при высокой квалификации машиниста. В связи с этим таким способом в настоящее время осуществляется только выемка маломощных пластов высококачественного (низкозольного) угля при угле падения до 13°. Автоматизация управления приводом подъема роторной стрелы в зависимости от скорости ее поворота расширит область применения раздельной выемки наклонными слоями.
При разработке вкрест простирания пластов сложная раздельная выемка производится в обычном торцевом нормальном забое при различной высоте горизонтальных слоев и длине забойных блоков по ним в зависимости от угла падения и мощности угольных пластов и породных прослойков.
При разработке маломощных пластов или разделении пласта на разнородные пачки и числе пачек (пластов) в заходке более трех требуемая степень селекции (разделения угля и породы) в ряде случаев достигается при валовой выемке горизонтальных слоев вертикальными многорядными (иногда однорядными) стружками во всем забое (см. рис. 22.8, л) или части забоя по высоте (см. рис. 22.8, ж, этапы 5 и 6) и при погрузке полезного ископаемого и породы в разные составы или вагоны. Валовая выемка прочного угля производится горизонтальными стружками при отработке забоя горизонтальными слоями(см. рис. 22.8, з, этап 1) .
Потери и разубоживание полезного ископаемого при раздельной выемке определяются горно-геологическими (угол падения пластов, число пачек в них) и технологическими условиями.
Потери полезного ископаемого (угля) при отработке контактной зоны определяются средней для забоя мощности слоя угля, вынимаемого вместе с породой (слой потерь). Разубоживание угля соответственно оценивается средней мощностью породного слоя, относимого к полезному ископаемому при выемке в контактной зоне (слой разубоживания). Отношение средних мощностей слоев потерь и разубоживания к мощности раздельно вынимаемого пласта (пачки) характеризует относительное значение потерь и разубоживания при отработке данного пласта (пачки).
Средняя мощность слоя разубоживания приближенно может приниматься равной половине мощности слоя потерь.
При согласном направлении падения пластов и линии откоса уступа потери примерно в 1.5 раза меньше, чем при несогласном. С увеличением угла падения пласта потери возрастают при расположении заходок вкрест простирания и уменьшаются при разработке по простиранию (в первую очередь за счет применения узких заходок при выемке боковым забоем). Потери и разубоживание резко возрастают с увеличением диаметра роторного колеса и уменьшением мощности пластов (пачек) полезного ископаемого. Практически при применении современных роторных экскаваторов раздельная выемка пластов возможна при их мощности не менее 2 м.