Подготовка карбонатных пород к выемке
Способы подготовки горных пород к выемке
Подготовка горных пород к выемке осуществляется с целью создания технической возможности и наилучших условий для выполнения последующих процессов выемки и погрузки горной массы, транспортирования, отвалообразования и переработки. В зависимости от типа и состояния пород подготовка их к выемке может в основном осуществляться следующими способами: предохранением от промерзания, оттаиванием мерзлых пород, гидравлическим ослаблением или разупрочнением, механическим или взрывным рыхлением.
Предохранение пород от промерзания вызвано тем, что при отрицательных температурах их возможно или нерационально разрабатывать без предварительного рыхления. Расчеты показывают, что удельные усилия копания при промерзании пород на глубину до 2 м увеличиваются для мягких пород в 5-5,5 раза, для бурых углей в 3-3,5 раза. Крепость промерзших пород соответствует крепости полускальных! пород. По данным практики, карьерные мехлопаты с ковшом вместимостью 4м 3 могут разрабатывать без предварительного рыхления слой мерзлой породы мощностью 0,5-0,6м. Бульдозерами, скреперами и цепными многоковшовыми экскаваторами в большинстве случаев невозможно или нерационально разрабатывать мерзлые породы без предварительного рыхления. Для предохранения пород от промерзания применяются вспышка, рыхление, боронование и утепление (теплоизоляционными материалами поверхностного слоя, создается снеговой или искусственный воздушный покров, устраиваются специальные навесы и тепляки). Вспашка, рыхление и боронование значительно уменьшают теплопроводность поверхностного слоя пород благодаря образованию в нем пустот, заполненных воздухом. Вспашка и рыхление, производятся специальными плугами и разрыхлителями на глубину 40-50 см, а боронование – на глубину до 20 см. Снегозадержание осуществляется путем образование снежных валов или установки снегозадерживающих щитов. В качестве теплоизоляционных материалов для предохранения поверхностного слоя от промерзания используются мох, опилки, минеральная вата. Устройство навесов и тепляков практикуют на карьерах по добыче глин и керамических заводов.
Оттаивание пород осуществляется паром, водой, глубинным или поверхностным электрообогревом, поверхностным пожогом и др. При глубинном электрообогреве электроды размещаются в шампурах, пробуренных на глубину промерзания на расстоянии 0,5-0,7 м друг от друга. Электрическая цепь замыкается по талой породе и ее оттаивание осуществляется снизу вверх. Расход электроэнергии на оттаивание 1 м 3 породы составляет 8-10 кВтч. При поверхностном электрообогреве электроды в виде полс или металлических сеток располагаются на поверхности оттаиваемого участка. Питание осуществляется от высококачественного генератора.
При оттаивании паром применяются стальные трубы внутренним диаметром 19-22 мм и длиной 1,5-3 м, которые помещаются в шпуры (расстояние между шпурами 2-2,5м) или забиваются в породу по мере ее оттаивания. Продолжительность оттаивания 4-6 ч при расходе пара 24-27 кг на оттаивание 1м 3 породы. Аналогично осуществляется оттаивание холодной и горячей водой. Оттаивание водой и паром (гидрооттаивантие и пароотаивание) широко применяется при разработке многолетнемерзлых пород.
Сущность оттаивания поверхностным пожогом заключается в сжигании слоя угля, торфа или дров на поверхности мерзлых пород. Примерный расход топлива на оттаивание 1м породы составляет 30-60 кг угля, 120-140 кг торфа и 0,14-0,17 м дров. Поверхностный пожог используется при оттаивании небольших объемов глины.
Гидравлические способы подготовки пород к выемке основаны на свойствах пород пропускать воду и растворы. При этом ослабление прочности пород при просачивании воды проявляется в снижении сил сцепления отдельных частиц и вымывании скрепляющего их цемента. Гидравлическое разупрочнение используется при разработке плотных глин способом гидромеханизации.
Механическое рыхление пород, осуществляется специальными рыхлителями (см. раздел 2.13).
Сущность взрывного рыхления состоит в отделении пород от массива и дроблении их до заданной крупности. Взрывное рыхление нашло широкое применение при подготовке полускальных пород к выемке. Оно является практически единственным способом при подготовке скальных пород к выемке на карьерах.
Глава 5 ВЫЕОЧНО-ПОГРУЗОЧНЫЕ РАБОТЫ
Общие сведения
Выемочно-погрузочные работы заключаются в выемке горной массы из забоя и погрузке ее в средства транспорта или перемещении в отвал. В качестве выемочно-погрузочного оборудования на карьерах используются экскавационные машины цикличного и непрерывного действия (рис. 5.1.). В машинах цикличного действия (одноковшовые экскаваторы, погрузчики, колесные скреперы, бульдозеры и др.) рабочий орган состоит только из одного ковша или режущего элемента(лемех бульдозер), периодически выполняющего функции выемки и перемещения горной массы. В машинах непрерывного действия (многоковшовые цепные и роторные экскаваторы и др.) ковши (черпаки) перемещаются по замкнутой траектории и создают непрерывный поток груза. Забой представляет собой торец, откос или площадку уступа. По структуре пород забои могут быть однородными (пористыми) и разнородными (сложными). В однородных забоях горные породы имеют одинаковые свойства, а в разнородных – различные (вскрышные породы с различными свойствами, вскрышные породы и полезное ископаемое, полезное ископаемое разных сортов). Разработка простых забоев осуществляется валовым (сплошным) способом. В сложных забоях выемка полезного ископаемого и вскрыши или полезное ископаемого различных сортов осуществляется раздельно (селективно).
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.
Подготовка карбонатных пород к выемке
Выполнение первого требования предполагает интенсивное дробление горной массы с получением кусков не выше 500 мм и не менее 20 40 мм. В массивах с содержанием слабых разностей до 30-40% (от общего объема) размер куска породы, отправляемой в отходы, достигает 80 и даже 150 мм. Поэтому основной особенностью при отбойке карбонатных пород является такая интенсификация взрывного дробления, когда наблюдается минимальный перевод качественного сырья в мелкие фракции. Последнее достигается избирательным взрывным дроблением.
Качество продукции
Для повышения выхода качественной продукции существенно важно управлять величиной и формой развала. Рациональное использование принципов и методов экскаваторной селекции всецело зависит от качества взрывной отбойки. Таким образом, основными показателями качества буровзрывных работ на известняковых карьерах являются кусковатость взорванной горной массы и ее состав. по прочности.
Полученный в результате горный материал подвергается дальнейшему воздействию в виде сортировки по фракциям щебня. Щебень в Одессе предлагается по самой оптимальной стоимости в регионе и отличается первосортным качеством. Данный продукт пользуется повышенным спросом при строительстве домов, отсыпке дорог и железнодорожных путей. Активно он применяется и для ландшафтного проектирования при оформлении загородных домов и коттеджей.
Кусковатость породы на производстве оценивается процентом выхода негабарита. Критерием для установления максимально допустимого кондиционного куска на карьере является, как правило, размер приемного отверстия головной дробилки. С увеличением выхода негабарита возрастает средний размер куска известняка во взорванной горной массе. Согласно исследованиям ВНИИЖелезобетона увеличение среднего размера куска известняка до 100 мм снижает производительность экскаваторов и дробилок примерно на 10%- Конечная цель взрывной подготовки горной массы к выемке повышение выхода щебня с фабрики при улучшении его качества и снижении себестоимости.
Исследованиями ВНИИЖелезобетона по разработке оптимального технологического процесса для известняковых карьеров установлено, что основным показателем эффективности является повышение выхода щебня. Значительное влияние на весь технологический процесс имеет качество исходной горной массы, и поэтому оптимальный вариант режимов работ возможен при определенной степени избирательности взрывного дробления (например, на Пятовском карьере при одном и том же технологическом режиме выход щебня колеблется в пределах 45, 6-61, 1%).
Способ повышения производительности бульдозерно-рыхлительного агрегата при разработке массивов карбонатных пород Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»
Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Сафронов В. П., Сафронов В. В., Дубинин А. В.
Описан подход в обосновании подготовки к выемке карбонатных пород механическим рыхлением . Изложено решение проблемы реализации тяговых усилий БРА, за счет увеличения коэффициента сцепления гусеничных траков с массивом
Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Сафронов В. П., Сафронов В. В., Дубинин А. В.
Текст научной работы на тему «Способ повышения производительности бульдозерно-рыхлительного агрегата при разработке массивов карбонатных пород»
Известия Тульского государственного университета Естественные науки. 2010. Вып. 2. С. 322-327
Способ повышения производительности бульдозерно-рыхлительного агрегата при разработке массивов карбонатных пород *
В.П. Сафронов, В.В. Сафронов, А.В. Дубинин
Аннотация. Описан подход в обосновании подготовки к выемке карбонатных пород механическим рыхлением. Изложено решение проблемы реализации тяговых усилий БРА, за счет увеличения коэффициента сцепления гусеничных траков с массивом.
Ключевые слова: подготовка горных пород, механическое рыхление, тяговые усилия трактора, безвзрывные технологии, коэффициент сцепления.
В условиях рыночной экономики главными задачами горных предприятий является ресурсосбережение и эффективные мероприятия по охране недр, окружающей среды, которые не «перегружали» себестоимость добычи полезной массы и позволяли иметь из нее конкурентоспособную товарную продукцию. Большинство горных предприятий по разработке месторождений нерудных полезных ископаемых изначально (на стадии проектирования) нацелено на выпуск ограниченного ассортимента продукции. Время рыночной конкуренции диктует горным предприятиям переход на гибкие технологии производства товарной продукции. Когда добытое сырье, при соответствующей гибкой технологии ее переработки, позволяет в короткий промежуток времени переходить к востребованной рынком продукции.
Балансовые запасы исходного сырья — это ресурсный потенциал карьера. Максимальная его реализация в товарную продукцию возможна только при малоотходных технологиях, состоящих из отдельных процессов. Основные процессы горного производства — это энергоемкие процессы. К таким процессам относится подготовка взрывным, безвзрывным или комбинирован-
* Работа выполнена в рамках Научно-образовательного центра «Проблемы рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов» при финансовой поддержке АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010)» (гос. контрак № 2.2.1.1/3942) и ФЦП «Научные и педагогические кадры инновационной России (2009-2013)» (гос. контракт № 02.740.11.0319).
ным способами карбонатного массива к экскавации. В этом технологическом процессе природное сырье претерпевает изменения и переходит в новое качество – техногенное сырье.
Качество техногенного сырья влияет на качество и ассортимент товарной продукции горного предприятия. Качество техногенного сырья зависит от управления качеством в добычном забое. Эффективное управление качеством техногенного сырья возможно при селективной схеме разработки полезной толщи карбонатного месторождения. Для реализации селективной схемы разработки полезной толщи необходимо изначально начинать с раскройки месторождения в плане на выемочные участки и уступы с выдержанными значениями показателями свойств полезной толщи, представленной слоями. Например, добычной уступ составляют слои карбонатных пород с различными значениями показателями крепости. В этом случае, при производстве щебня, его марку будет задавать слой с меньшим значением показателя крепости.
Так как взрыв разрушительно работает даже на уровне кристаллической решетки, то обработка породного массива взрывом приводит в последующем к снижению прочности щебня, а установленные охранные зоны приводят к потерям балансовых запасов по месторождению. Техногенное сырье, полученное с применением взрывного способа, отличается по прочностным свойствам от сырья, получаемое способом механического разрушения карбонатного массива в ходе его подготовки к экскавации. С позиции разрушения карбонатного массива взрывной способ является самым результативным. Буровзрывной способ подготовки пород к экскавации обеспечивает в основном валовую выемку полезной массы, не обращая внимания на то, что добычной уступ послойно составляют породы, обладающие индивидуальными физикомеханическими свойствами.
Затраты на БВР превосходят затраты на реализацию механического способа подготовки массива к экскавации в 1,5-2 раза [1]. По производительности механический способ подготовки выемочного блока к экскавации уступает взрывному.
Механический способ подготовки породного массива к экскавации имеет ограниченную область применения и зависит в первую очередь от условий реализации тяговых усилий базового трактора в забое.
Совместное же применение двух способов, при разработке месторождений карбонатных пород, позволит, за счет их комбинаций, иметь гибкую технологию получения техногенного сырья. Комбинация способов подготовки карбонатного массива к экскавации предоставляет возможность проводить в жизнь принцип ресурсосбережения в масштабах отработки всего месторождения.
Принцип ресурсосбережения предлагается реализовать по двум направлениям: за счет раскройки полезной залежи карбонатных пород и за счет расширения области применения БРА.
Сущность предлагаемого подхода заключается в следующем. Часть полезной толщи залежи месторождения отрабатывать с применением механического способа, а другую — с применением БВР или их комбинацией.
В рекомендациях по применению БРА отмечается, что трактор должен быть не менее 500 л.с. [1]. Однако, как показывает практика, полностью мощность базового трактора реализовать в тяговые усилия БРА по ряду причин не предоставляется возможным. Главной причиной тому является относительно низкий коэффициент сцепления гусениц трактора с поверхностью забоя, которая представлена системными или хаотичными впадинами с остатками глинистых пород вскрыши. Область применения БРА ограничивается не только большими значениями параметров, характеризующих прочностные свойства карбонатных пород, но и крупноблочной структурой отдельных слоев карбонатного массива.
Успех реализации подхода во многом зависит от схемы раскройки залежи на выемочные участки, уступы, обоснованного применения способов подготовки породного массива к экскавации и расширения области применения БРА. Поэтому повышение производительности БРА является по-прежнему актуальной проблемой.
С целью расширения области применения БРА и повышения его производительности предлагается решение технологической задачи. Решение задачи заключается в реализации паспортной мощности трактора в максимально возможные тяговые усилия БРА, необходимые для перемещения рыхлителя в карбонатном массиве с заданной глубиной, установленной в ходе раскройки залежи на выемочные слои. Максимальная реализация тяговых усилий БРА обеспечивается за счет создания условий для формирования максимального коэффициента сцепления гусениц базового трактора с поверхностью забоя.
Для решения технологической задачи и оптимизации конструктивных параметров схем рыхления, установления рациональных тяговых усилий и производительности БРА в зависимости от мощности базового трактора, структурных свойства карбонатного массива разработана математическая модель. Закономерности пространственного изменения показателей структурных свойств карбонатного массива, влияющих на производительность БРА, можно представить интервалами с дискретно-однородной изменчивостью: с индивидуальным уровнем среднего значения и величины стандарта отклонения показателей, которые обусловлены многоуровневым строением карбонатного массива и которые надежно определяются с помощью критерия однородности Д.А. Родионова.
Для возможности максимальной реализации мощности тягача предлагается технологическая схема работы бульдозерно-рыхлительного агрегата с предварительной подготовкой поверхности рыхления. Наиболее целесообразным представляется подготовка забоя в виде предварительно отсыпаемого технологического слоя щебня, который не обязательно должен быть кондиционным и может поставляться с предварительного грохочения первичного узла дробления перерабатывающей фабрики. Отсыпку необходимо произво-
дить только перед рыхлением первого слоя площади отработки (рис. 1, а), а для рыхления последующих слоев при буртовании разрыхленной массы предлагается оставлять необходимое количество разрыхленной массы, подготавливая тем самым нижележащий слой отработки. На рис. 1,б показан процесс буртования разрыхленного полезного ископаемого для последующей отгрузки в транспортные средства с учетом оставления технологического подготовительного слоя для рыхления нижнего слоя. Таким образом, поочередно происходит процесс рыхления по всей мощности добычного уступа. После этого выделяется следующая площадь породного массива для рыхления вдоль добычного фронта горных работ, до начала рыхления которой также необходимо сформировать первоначальный подготовительный слой из щебня.
Рис. 1. Технология подготовки карбонатного массива к выемке при помощи БРА (а — процесс рыхления, б — процесс штабелирования разрыхленной массы)
Одной из задач данной работы является определение мощности отсыпаемого подготовительного технологического слоя (или оставляемого при последующем рыхлении) при котором коэффициент сцепления будет максимальным и эффективнее обеспечивать тяговые возможности базовой машины. Для определения оптимальной мощности подготовительного слоя применена теория зернистой среды. Подробно вопросами зернистых сред занимался И.И. Кандауров [2]. Им предложена формула расчета деформации слоя безраспорного зернистого основания ограниченной мощности от линейной нагрузки (расчетная схема представлена на рис. 2).
Подставляя в выражение 1 вместо а* соответствующее уравнение для напряжений и интегрируя, получим следующую зависимость для осадки массива:
Рис. 2. Расчетная схема к определению осадки технологического слоя ограниченной мощности от линейной нагрузки
Подготовка горных пород к выемке
ВНИМАНИЕ! САЙТ ЛЕКЦИИ.ОРГ проводит недельный опрос. ПРИМИТЕ УЧАСТИЕ. ВСЕГО 1 МИНУТА.
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По дисциплине: Разработка месторождений полезных ископаемых
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Тема: «Выбор и обоснование типа бурового, экскавационного и транспортного оборудования при разработке условного месторождении открытым способом»
ВЫПОЛНИЛА:студент гр. ЭР-10-2 _____________ /Юмаев Р.А./
Оценка: _________
Дата:____________
ПРОВЕРИЛ:
Руководитель проекта: доцент ____________ / Овчаренко Г.В../
(должность) (подпись) (Ф.И.О)
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
кафедра Разработки месторождений полезных ископаемых
По дисциплине Основы геологии и горного дела
Студенту группы ЭР-10-2 /Юмаев Р.А./
(шифр группы) (Ф.И.О.)
1. Тема проекта: Выбор и обоснование типа бурового, экскаваторного и транспортного оборудования при разработке условного месторождения открытым способом
2. Исходные данные к проекту:
Высота уступа (полезного ископаемого и вскрышных пород), м 10;10
Текущий коэффициент вскрыши, кт 2,0
Крепость полезного ископаемого и вскрышных пород по
шкале проф. М.М. Протодьяконова, f 10;13
Угол откоса уступа, град 75
Режим работы оборудования: 1 – экскаваторного
транспортного цеха и отвала; 2 – бурового цеха, смен/сутки 1-3; 2-2
Плотность вскрышных пород и полезного ископаемого,γ т /м 3 2,75; 2,8
Среднее расстояние транспортирования п.и. и в.п. км 3,0; 2,5
Режим работы карьера, сутки/год 300
Годовая производительность карьера по п.и. млн.т 8
Количество рядов скважин, шт 4
Удельный расход ВВ, кг/ м 3 0,6
Плотность заряжания ВВ, т /м 3 0,8
3. Содержание пояснительной записки: должна состоять из обоснований выбора типа оборудования для основных технологических процессов, расчета его производительности и необходимого количества; определения основных элементов и параметров системы разработки
4. Перечень графического материала: отобразить рабочую зону карьера в плане и разрезе. Вычертить в масштабе эскиз месторасположения скважин во взрывном блоке и бульдозерного отвала (в плане и разрезе), привести основные параметры БВР на листе формата А-1.
Дата выдачи задания: 15.02.2012г.
5. Срок сдачи законченного проекта 21 мая 2012 г.
Руководитель проекта: доцент ______________________ Г.В. Овчаренко
Аннотация
Данная курсовая работа представляет собой расчет параметров карьера при разработке условного месторождения открытым способом. Для каждого технологического процесса – подготовки горных пород к выемке, экскавации, транспортирования горной массы и отвалообразования – выбрано необходимое оборудование, предоставлены обоснования, обусловившие выбор.
В ходе выполнения данной курсовой работы были закреплены теоретические знания по данной дисциплине, освоены методы принятия управленческих и проектных решений при разработке месторождения открытым способом и определения параметров карьера, выбора необходимого оборудования и технологических показателей.
Работа содержит: 25 страниц, 4 таблицы и чертеж карьера формата А1.
The summary
This course work is a calculation of parameters of a career in the development of a conditional field open. For each process – the preparation of rock to excavation, excavation, transportation and dumping of rock – was selected the necessary equipment, provided justification for the choice.
During execution of the course work have been laid down the theoretical knowledge in the discipline, mastered techniques of management and design decisions in the development of open-field and define a career, selecting the appropriate equipment and technology indicators.
Work contains: 25 pages, 4 tables and drawing career A1.
Подготовка горных пород к выемке. 6
Выбор способа подготовки горных пород к выемке. 6
Параметры взрывных работ. 6
Определение парка буровых станков. 10
Транспортирование горной массы.. 14
Бульдозерное отвалообразование. 18
Меры безопасности при эксплуатации автотранспорта. 22
Список использованной литературы.. 25
Введение
Добыча полезного ископаемого и извлечение вмещающих пустых пород в карьере, как и любое производство, состоит из ряда основных и вспомогательных технологических процессов. К основным процессам горного производства относят: подготовку горной массы к выемке; выемочно-погрузочные работы; перемещение горной массы от пунктов погрузки в пункты приема полезного ископаемого и пустых пород; отвалообразование.
Цель курсового проекта – овладение практическими навыками принятия технических решений в инженерных вопросах при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом.
Курсовое проектирование решает следующие основные задачи:
1) закрепление теоретических основ пройденного материала;
2) знакомство с методами принятия управленческих и проектных решений в недропользовании на примере открытых горных работ, формирующих наибольшую нагрузку на окружающую среду;
3) приобретение навыков решения инженерных задач горной промышленности, овладение основами определения параметров карьера, выбора основного горно-транспортного оборудования, а также технологических показателей открытой разработки месторождений с учетом современных горнотехнических условий разработки.
Подготовка горных пород к выемке
