Метод определения энергоэффективности технологий и механизации горных работ по добыче полезных ископаемых открытым способом

Анистратов Юрий Иванович

Погрузочные машины располагаются от бурозарядного агрегата на безопасном от разлета кусков расстоянии и производят погрузку горной массы при конвейерном транспорте на перегружатель или при автомобильном транспорте непосредственно в кузов автосамосвала.

4.6 Механическое рыхление горной породы

Механическое разрушение горной породы является результатом удара или статической нагрузки, превосходящей предел прочности горной породы при сжатии. В настоящее время применяется разрушение полускальных пород ударом клина, подающим грузом и т.п., разрушение тракторными рыхлителями.

Энергопоглощаемость

материала в процессе механического рыхления существующими средствами в сравнении с буровзрывными работами (табл.12) в несколько раз меньше, а степень дробления больше.

Таблица 12

Энергопоглощаемость материала при использовании различных средствах разрушения

Средства разрушения

Энергопоглощаемость (кДж/ кг)

Количество вновь образованных плоскостей при разрушении

Откол клином

0,60

4—10

Ударом зубьев

10,9

20

Разрушение рыхлителем

7, 2

80—200

Разрушение падающим снарядом (шар)

2,2

200—500

Буровзрывной способ

11,2

100

Это дает основание предполагать, что механическое рыхление при увеличении мощности машины, занятой в процессе, позволит удовлетворить подготовку горных пород к выемке технологического потока большой производительности,

Механическое рыхление в отличие от взрывного вследствие постоянного зазора между зубьями рыхлителя, шага дробления клином или разрушение резцами позволяет получать устойчивый состав горной массы по крупности, а регулирование зазора или шага позволяет менять степень дробления горной массы.

Это преимущество позволяет применять механическое рыхление в поточных комплектах оборудования технологических потоков как при существующем оборудовании, так при создании специального.

При использовании комплекта оборудования технологического потока из существующего оборудования энергопоглощение происходит: при разрушении горных пород рыхлителем (на известняках = 480 •10 5 Па, Е =1,02 •10 10 Па,) Эа = 6,64- 104 Дж/кг; штабелировании разрушенной горной массы бульдозером Эш = 260 Дж/кг; погрузки машиной непрерывного действия Ээ = 6,5 Дж/кг; конвейерного транспорта Эт = 4,45 Дж/кг и переработки Эп = Дж/кг). В целом энергопоглощение при данной технологии составляет: Эо = 10,8x104 Дж/кг

Рассматривая подобные комплекты, необходимо отметить, что даже при одинаковой себестоимости с буровзрывным способом рыхления и колесным транспортом, технологическим потокам с механическим рыхлением и непрерывным транспортом следует отдавать предпочтение вследствие меньшей энергоемкости и трудоемкости производства горных работ.

5.6 Термическое и электротермическое разрушение горных пород

В последнее время практического значения достигли созданные методы и аппаратура для термического, электротермического и термомеханического разрушения горных пород при воздействии с поверхности массива и с заглублением рабочего поля.

Аппараты электротермического разрушения эффективны в поточных комплектах оборудования технологических потоков, однако, производительность пока невелика.

6.6 Резание полускальных пород

Совмещение операций отделения горных пород от массива с погрузкой уменьшает энергопоглощение, поэтому направление на создание роторных и фрезерных машин с повышенными

усилиями резания является перспективным. В настоящее время усилие резания роторными экскаваторами составляет kг=14:16 кг/см, что соответствует разработке пород крепостью f = 1,5. При этом производительность экскаватора достигает 4500 м3/час.

Достигнуто усилие резания 30 кг/см, которое позволяет разрабатывать аргиллиты, алевролиты, слабосцементированные песчаники и крепкие угли, т.е. породы крепостью f =3.

По аналогии с буровыми машинами вращательного бурения со специальными резцами можно высказать предположение, что в настоящее время возможно создание рабочих органов машин и для разработки полускальных пород крепостью до f = 14.

Для этого необходимо обеспечение давления до 2,5 т при скорости резания не более 720 м/час. В этом случае будет удовлетворительная стойкость резцов и твердого сплава. Указанное давление на открытых горных работах создать не трудно,

Учитывая, что отделение от массива резанием совмещается с погрузкой, состав горной массы по крупности будет однороден, горная масса может транспортироваться поточным транспортом и, исключая процесс дробления и измельчения, может быть сразу направлена на помол для обогащения, данный способ разрушения целесообразен для добычи руды (Рис.33)

Рис.33. Технически возможные и целесообразные границы использования способов разрушения массива

Эти границы целесообразны при условии рассмотрения всего комплекта оборудования технологического потока по производству горных работ и переработке полезного ископаемого, но они условны. При рассмотрении конкретных месторождений на основе энергетического метода, включая свойства горных пород, природные условия месторождения, кондиции конечного продукта и технологию самого энергоемкого процесса — переработки, эти границы могут быть передвинуты.

Однако это дает представление о направлении научных исследований и конструировании новых машин, связанных с разрушением массива о целесообразных границах их применения.

Принято, что при взрывной, буровзрывной и буроэлектротермической подготовке пород к выемке разрушение горной породы происходит в большей части от растяжения, в механическом разрушении ударом — в разной степени от сжатия и растяжения, в остальных разрушение принято в результате сжимающих нагрузок.

Учитывая цены на взрывчатое вещество и электроэнергию, даже при низком коэффициенте полезного использования электрической энергии при механическом дроблении (например в щековых дробилках) затраты на дробление почти в два раза ниже, чем при дроблении взрывом.

Это обстоятельство, вместе с преимуществом электроэнергии, в канализации месту потребления, возможности управления и автоматизацией процесса делает перспективными все комплекты оборудования для скальных пород с электротермическими и механическими способами подготовки горных пород к выемке, а для полускальных пород — резанием и механическим рыхлением агрегатами с электроприводом.

7.6 Выемка и погрузка

Выемочно-погрузочная техника на карьерах с полускальными и скальными породами в настоящее время представлена одноковшовыми экскаваторами, отличающимися друг от друга емкостью ковша, а следовательно, габаритами и мощностью. Принцип работы этих машин повторяет землекопа, т.е. повторение операций зачерпывания, подъем ковша, перемещение к транспортному сосуду, разгрузка и возвращение в забой.