Research of the current state of using hydraulic excavators for mineral mining
DOI:
https://doi.org/10.33271/crpnmu/85.156Keywords:
hydraulic excavator, working face parameters, digging kinematics, working bench width, bench heightAbstract
Purpose. To comprehensively investigate the current state of hydraulic excavator application in surface mining and analyze existing digging schemes to identify systemic flaws in modern methods of substantiating rational technological parameters of the working face. Methodology. To achieve the goal, a comprehensive methodological approach was applied, combining methods of scientific synthesis and generalization of advanced industrial experience from mining enterprises, a comparative analysis of kinematic characteristics and spatial positioning of extraction equipment, and the study of spatial-kinematic schemes of working zones. Findings. It has been established that the mass transition from traditional rope shovels to hydraulic machines has become a global, irreversible trend: today, the share of hydraulic excavators in the global fleet has reached 11%, while that of rope shovels has dropped to 1.5%. It was determined that excavator efficiency depends on the technological scheme of operation: top loading maximizes the bench height to 8.5–10 m, while bottom loading reduces mineral losses to 8–12%. Increasing the excavator's swing angle to 180° causes a twofold drop in productivity, and the implementation of dead-end logistics schemes requires expanding the working bench width to 13–15 meters. Originality. For the first time, flaws in modern methodologies for designing the working face parameters of hydraulic excavators are systematized. It has been proven that existing static-geometric models and economic approaches ignore the dynamics of digging and dumping processes. A new scientific problem is formulated, consisting in substantiating the variable spatial positioning of a hydraulic excavator relative to the bench and haul truck as a critical factor influencing the total cycle time and excavator productivity. Practical significance. The research results and identified limitations of existing design approaches form the necessary scientific foundation for developing a comprehensive methodology for substantiating the working face parameters of hydraulic excavators, which will optimize operations and increase the productivity of the mining and transport complex.References
1. Hekmat, A., Anani, A., Medina, J., & Shademan, M. (2024). Bench height effects on economical parameters at open pit mine. MassMin 2024: Proceedings of the International Conference & Exhibition on Mass Mining, 1444–1460. https://doi.org/10.36487/acg_repo/2435_p-02
2. Mnzool, M., Almujibah, H., Bakri, M., Gaafar, A., Elhassan, A. A. M., & Gomaa, E. (2024). Optimization of cycle time for loading and hauling trucks in open-pit mining. Mining of Mineral Deposits , 18 (1), 18–26 https://doi.org/10.33271/mining18.01.018 .
3. Житков, Д., Луценко, С. О., & Григор'єв, Ю. І. (2021). Аналіз сучасних методів обґрунтування висоти уступу в умовах відкритої розробки родовищ корисних копалин. У Тези VIII Всеукраїнської науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Перспективи розвитку гірничої справи та раціонального використання природних ресурсів» (с. 31–33). Житомирська політехніка.
4. Antoshchenko, M., et al. (2024). Establishing the influence of the excavator standard sizes on the kaolin pit mining system parameters. E3S Web of Conferences , 526 , Article 01019. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202452601019 .
5. Tereshko, D., Temchenko, O., Siedniev, P., & Bahashova, N. (2025). Peculiarities of application of lifting and loading equipment in changing conditions of mining production. Economics and Technical Engineering , 3 (1), 106–119. https://doi.org/10.62911/ete.2025.03.01.10
6. Пристайло, М., Марчук, К. (2019). Інноваційні шляхи вдосконалення будівельної техніки з огляду на потреби сучасної будівельної індустрії. Гірничі, будівельні, дорожні та меліо ративні машини , (94). https://doi.org/10.32347/gbdmm2019.94.0301
7. Світлий, Ю. Г.,&Білецький, В. С. (2009). Гідравлічний транспорт [Монографія]. Східний видавничий дім; Донецьке відділення НТШ; Редакція гірничої енциклопедії.
8. Бондаренко, А. О. (2017). Гірничі машини для відкритих гірничих робіт . Національний гірничий університет.
9. Tytiuk, V., Khandakji, K., Sivyakova, G., Karabut, N., Chornyi, O., & Busher, V. (2021). Determining the parameters of the trajectory of the bucket of mining quarries excavators. E3S Web of Conferences, 280 , Article 05013. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202128005013
10. Шлапак, В. О., Криворучко, А. О., Куницька, М. С., & Шишко, С. М. (2025). Сучасні підходи до оптимізації взаємодії екскаваторів і кар'єрних самоскидів на сучасних щебеневих кар'єрах. Технічна інженерія, 2 (96), 358–366. https://doi.org/10.26642/ten-2025-2(96)-358-366
11. Кравець, В. Г., Шукюров, А., Вахрушев, К. Ю., Панасюк, А. В., & Барановський, А. Ю. (2017). Оцінка ефективності руйнування гідромолотом негабаритів природного каменю. Вісник Житомирського державного технологічного університету. Серія: Технічні науки, 2 (80), 166–172. https://doi.org/10.26642/tn-2017-2(80)-166-172
12. Фролов, О.О., & Бельтек, М.І. (2021). Вплив місця розміщення гідравлічного екскаватора зі зворотною лопатою у вибої на ефективність виймання гірничої маси. Вісник КрНУ імені Михайла Остроградського , 3 (128), 70–75. https://doi.org/10.30929/1995-0519.2021.3.70-75
13. Bettens, S. P., Siegrist, P., & McAree, P. (2022). How do operators and environment conditions influence the productivity of a large mining excavator. International Journal of Mining and Mineral Engineering , 13 (1), 18–35. https://doi.org/10.1504/IJMME.2022.124143
14. Slobodyanyuk, V. K., & Turchin, Y. Y. (2017). Rational use of hydraulic excavators in iron ore pits. J ournal of Mining and Geological Sciences, 60 (II), 21–26.
15. Собко, Б. Ю.,&Чебанов, М. О. (2023). Комплекси гірничого обладнання «драглайн-автосамоскид» [Монографія] . Журфонд.
16. Дриженко, А. Ю. (2011). Кар'єрні технологічні гірничотранспортні системи [Монографія] . НГУ.
17. Кононович, О. С., & Косенко, Т. В. (2020). Технологічні схеми відробки уступів м'яких порід на кар'єрах. У Проблеми геоінженерії та підземної урбаністики: Матеріали ІІІ міжнародної науково-технічної конференції (Вип. 3, с. 50–54). КПІ ім. Ігоря Сікорського.
18. Pan, W. (2025). A simulation study on strength and fatigue analysis of hydraulic excavator buckets. Frontiers in Mechanical Engineering , 11 , 1591320. https://doi.org/10.3389/fmech.2025.1591320
Downloads
Published
Issue
Section
License
All articles are published under the Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Authors retain copyright and grant the journal right of first publication.
Authors are permitted and encouraged to deposit the final published version of their article, or the Author's Accepted Manuscript (AAM), in institutional or subject-specific open-access repositories (including the university's own institutional repository, CORE, Zenodo, or Figshare), ensuring maximum visibility, accessibility, and impact of the publication.
