авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Обоснование малоотходной безвзрывной технологии открытой разработки месторождений скальных горных пород с помощью гидравлических отбойных агрегатов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи



Половинко Артем Владимирович

ОБОСНОВАНИЕ МАЛООТХОДНОЙ

БЕЗВЗРЫВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОТКРЫТОЙ

РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

СКАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД С ПОМОЩЬЮ

ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ОТБОЙНЫХ АГРЕГАТОВ


Специальность 25.00.22 Геотехнология (подземная,

открытая и строительная)



А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук




Санкт-Петербург

2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном университете


Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Холодняков Генрих Александрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Решетняк Сергей Прокопьевич, ООО «СПб-Гипрошахт», главный технолог


кандидат технических наук Борисов Дмитрий Владимирович, ООО «Берг-проект», начальник горного отдела


Ведущее предприятие - ОАО «Гипроруда»

Защита диссертации состоится 25 мая 2011 г. в 15 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 при Санкт-Петербургском государственном горном университете по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2 (boguslEI@yandex.ru), ауд.1166.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного университета.

Автореферат разослан 24 апреля 2012 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор Э.И.БОГУСЛАВСКИЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В технологическом процессе добычи полезных ископаемых разрушение горных пород является первичной и одной из наиболее важных операций, поэтому, с учетом роста в нашей стране экологических требований, применяемых к условиям разработки месторождений полезных ископаемых, а также качественных характеристик продукции карьеров, особую роль в развитии горных технологий приобретает изыскание новых и совершенствование существующих способов разрушения горных пород.

На большинстве месторождений полезных ископаемых, разрабатываемых открытым способом, применяется буровзрывная технология отбойки горной массы. Вместе с тем она обладает рядом недостатков: высокий уровень потерь, вследствие перемешивания разнотипной горной массы, значительные объемы выбросов вредных веществ и пыли в атмосферу, количественно зависящие лишь от объемов взрываемого блока, сейсмический эффект, шум и т.д.

На месторождениях где невозможна валовая взрывная отбойка и необходимо обеспечить выполнение требований по безопасности и экологии, а также на сложноструктурных месторождениях ценных полезных ископаемых, основным путем устранения перечисленных недостатков является отказ от буровзрывных работ в пользу безвзрывных технологий разработки.

Исследованием безвзрывного разрушения занимались Ю.Л. Красников, В.М. Гулков, Е.Е. Шешко, В.Н. Лабутин, Г.Л. Краснянский, А.Р. Маттис, Г.Д. Зайцев, А.А. Крагель и др.

Однако, в настоящее время не существует обоснования применения гидравлических отбойных агрегатов в качестве основного породоразрушающего инструмента на открытых работах. Поэтому, обоснование малоотходной безвзрывной технологии открытой разработки месторождений скальных горных пород с помощью гидравлических отбойных агрегатов является актуальной исследовательской задачей.

Работа выполнена в рамках Государственных контрактов № П1124. «Обоснование методов повышения эффективности малоотходной разработки месторождений минерального сырья открытым способом» в 2010 г. и № 02.740.11.0695 «Создание геомеханически и экологически безопасных малоотходных способов разработки месторождений открытым способом в сложных гидрогеологических условиях» в 2009 г.

Целью работы является обоснование целесообразности селективной выемки горных пород с помощью гидравлических отбойных агрегатов.

Задачи исследования:

1. Обоснование применения гидромолотов на карьере в качестве основного инструмента разрушения горных пород в приконтактной зоне;

2. Разработка технологических схем, обеспечивающих контролируемый уровень потерь и засорений;

3. Выявление зависимостей систем «гидравлический экскаватор – гидромолот», «гидравлический агрегат – забой».

Идея работы. Для снижения уровня потерь и засорения в приконтактной зоне полезного ископаемого следует применять на карьерах вместо буровзрывных работ агрегаты «гидравлический экскаватор – гидромолот».

Научная новизна:

    • Установлена степенная зависимость между прочностью на сжатие горной породы и необходимой энергии для её разрушения, которая позволяет определить область применения оборудования при подготовке массива к выемке.
    • Установлена зависимость размера скалываемого куска от угла наклона ударного инструмента при одинаковой энергии удара.

Основные защищаемые положения:

1. Эффективная работа гидромолота в забое при постоянной энергии удара обеспечивается оптимальным углом наклона оборудования к поверхности забоя, его формой, а также профилем рабочего органа.

2. При работе гидромолота в скальных горных породах эффективность разрушения в первую очередь зависит от удельной энергии удара, а пределы возможности работы экскаватора с подвесным гидромолотом при первичной отбойке должны определяться трещиноватостью массива и прочностью породы.

3. Технология отбойки пород гидромолотом обеспечивает контролируемую величину треугольника потерь (оптимальное положение контура выемки), а, следовательно, и расчетные суммарные нормативы потерь и засорения.

Методы исследований. Общей теоретической и методологической основой работы является комплексный подход, включающий анализ и обобщение фундаментальных исследований авторов в области безвзрывного разрушения. В качестве основных методов исследований использовались методы математического моделирования процесса разрушения горных пород гидравлическими отбойными агрегатами, а также производственный эксперимент.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается применением современных научных методов исследо­вания; обширным привлечением проектных и фактических материалов работы отечественных и зарубежных карьеров-аналогов; использованием информации о развитии рынков минерального сырья, развитии техники и технологии безвзрывного разрушения; внедрением результатов исследований в проектирование и планирование горных работ на карьерах.

Практическая значимость работы.

  • Разработаны технологические схемы применения гидромолотов для безвзрывного способа разрушения крепких горных пород при малоотходной открытой разработке месторождений.
  • Определена схема к расчету потерь и засорения полезного ископаемого при ведении отбойки в массиве гидравлическим агрегатом, позволяющая на основе экономических показателей выбрать их рациональное соотношение в конкретный момент времени.
  • Разработана методика выбора гидравлического отбойного агрегата в зависимости от типа гидравлического экскаватора.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы в целом и отдельные ее положения докладывались, обсуждались и получили одобрение на конференциях: «Освоение минеральных ресурсов севера: проблемы и решения» (Воркута, 2010, 2012); «Экология и развитие общества» (г.Сосновый Бор, 2009); «Проблемы и пути эффективной отработки алмазоносных месторождений» (г.Мирный, 2011); «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (г.Тула, 2011); на заседаниях кафедры Разработки месторождений полезных ископаемых Санкт-Петербургского государственного горного университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, из них 3 – в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России, подана заявка на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 141 страниц, 11 таблиц, 41 рисунка и список литературы из 91 наименований.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю профессору Г.А. Холоднякову, развитие идей которого, постоянное внимание и помощь способствовали успешному выполнению работы; доцентам Д.Н. Лигоцкому, С.А. Толстунову и другим сотрудникам кафедры Разработки месторождений полезных ископаемых за оказание помощи в сборе материалов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Общей теоретической базой работы послужили труды ведущих ученых в области открытых горных работ, рационального использования природных ресурсов карьерного поля, современных технологий горного производства таких, как академики РАН Н.Н. Мельников и К.Н. Трубецкой; чл.-корр. РАН А.А. Пешков и В.Л. Яковлев, доктора наук Ю.И. Анистратов, А.И. Арсентьев, Ж.В. Бунин, С.Е. Гавришев, В.А. Галкин, А.В. Гальянов, В.Н. Игнатов, Ю.Е. Капутин, В.В. Квитка, В.С. Коваленко, В.Ф. Колесников, С.В. Корнилков, А.И. Косолапов, М.В. Костромин, Н.Я. Лобанов, Ю.М. Овешников, С.П. Решетняк, В.П. Федорко, С.И. Фомин, Г.А. Холодняков, В.С. Хохряков, М.И. Щадов; кандидаты наук Д.В. Борисов, Д.Н. Лигоцкий, С.А. Толстунов и др.

В первой главе представлено современное состояние проблемы безвзрывного разрушения горных пород.

Во второй главе проведено исследование физико-механической возможности разработки горных пород гидравлическим отбойным агрегатом. Проведен обзор литературы, установлены основные зависимости и схемы ударного разрушения.

В третьей главе проводится анализ общих положений при подсчете потерь и засорения на горных предприятиях, составлены схемы к определению их уровня при применении гидромолота, приводятся результаты проведения производственного эксперимента на базе железорудного карьера (ОАО «Олкон», г. Оленегорск).

В четвертой главе приводятся рекомендации по применению оборудования для безвзрывного способа разрушения крепких горных пород, проводится анализ эколого-экономической эффективности применения безвзрывной технологии открытых горных работ с использованием гидромолотов.

Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых положениях:

1. Эффективная работа гидромолота в забое обеспечивается оптимальным углом наклона оборудования к поверхности, формой забоя.

Направление удара к плоскости забоя играет существенную роль при совершении работы скола. Наименее эффективно процесс скола горной породы происходит при объемном напряженном состоянии разрушаемой породы. Наличие двух и особенно трех обнаженных поверхностей обеспечивают наилучшие условия для скола породы. Наиболее сложным случаем является нанесение удара перпендикулярно плоскости забоя, при этом затрудняется создание второй обнаженной поверхности для каждого последующего удара и исключается непрерывное отделение стружки от поверхности забоя. Создание условий для непрерывного отделения стружки от забоя возможно при установке инструмента под углом к плоскости забоя. В этом случае обеспечивается дополнительная компенсация мгновенных отжимающих усилий, возникающих при ударе инструмента о породу. Возникновение таких отжимающих усилий имеет сложную физическую природу. Их величина зависит от многих факторов – упругих свойств породы, угла установки инструмента и его параметров.

Экспериментальными исследованиями установлено, что при разрушении известняка крепостью 5 ударным инструментом, установленным под углом к поверхности 150, происходило постепенное выклинивание пики. При углах более 350 глубина стружки быстро увеличивалась и инструмент зарывался в забой. Поэтому оптимальными углами установки для известняка следует считать углы в пределах 250–300. При разрушении гранита крепостью 12 по М.М. Протодъяконову оптимальные углы наклона лежат в пределах 30–350. Поэтому угол наклона инструмента в 300 к плоскости забоя для этих типов пород следует считать наиболее приемлемым. На рисунке 1 показано влияние угла наклона ударного инструмента на эффективность скола известняка крепостью 5.

Рис.1. Зависимость удельной энергии удара E и размера скалываемого куска от угла наклона ударного инструмента .

На основании проведенных исследований установлено, что оптимальной формой забоя при разрушении горных пород крупным сколом при ударном приложении нагрузки является треугольная, а форма в сечении отбиваемого куска – ромбическая. На рисунке 2 показана форма забоя при последовательной отбойке стружек ромбической формы. При последовательной отбойке стружек первого ряда точки нанесения ударов для отбойки стружек второго ряда должны быть смещены на величину а/2, где а – ширина стружки.

На основании экспериментальных исследований установлено, что при ударном приложении нагрузки на инструмент выход фракций крупностью менее 5 мм составлял не более 1%, что следует считать положительным результатом, особенно для строительных горных пород. Такие фракции пород, как правило, идут в отсев.

 Схема эффективной формы забоя при использовании пики ромбической формы: а –-3
Рис.2. Схема эффективной формы забоя при использовании пики ромбической формы: а – ширина отбиваемой стружки; h – толщина отбиваемой стружки; 1 – 11 –последовательность проходов инструмента для отделения стружек.

На основании вышеизложенного представляется возможным определить теоретическую производительность машины ударного действия, оборудованной одним исполнительным органом. Теоретическая часовая производительность ударника, установленного под углом к отбиваемой поверхности, может быть определена из выражения

(1)

где - теоретическая производительность ударного инструмента, см3/мин; - время работы гидромолота, мин; – энергия единичного удара, Дж; – коэффициент использования инструмента; – число перестановок инструмента в минуту, мин-1; – коэффициент формы инструмента; – показатель крепости при ударном виде разрушения, Дж/см3; – угол наклона инструмента к плоскости забоя, град; – время скола единичного куска породы, мин.

2. При работе гидромолота в скальных горных породах эффективность разрушения в первую очередь зависит от удельной энергии удара, а пределы возможности работы экскаватора с подвесным гидромолотом при первичной отбойке должны определяться трещиноватостью массива и прочностью породы.

Основным параметром отбойного агрегата является энергия единичного удара. Энергия единичного удара является величиной, определяющей способность разрушения породы гидромолотом. Для эффективного дробления породы должно выполнятся условие:

(2)

где - энергия единичного удара отбойного агрегата, Дж; - количество ударов; - энергия, необходимая для разрушения породы, Дж.

Для скальных пород с высокими показателями прочностных и деформационных свойств (гранит, кварцит, диабаз, песчаник, порфирит и др.), испытывающих сжимающие нагрузки, основные закономерности механических процессов с достаточной точностью могут быть исследованы на основании упругой модели, то есть методами теории упругости. Применение этой теории допустимо также для массивов, сложенных породами средней прочности и упругости, учитывая, что пластические и вязкие свойства проявляются не мгновенно. Т.к. предел упругости в данном случае равен пределу прочности при сжатии, то для оценки удельной энергии разрушения пород справедливо уравнение:

(3)

где - предел прочности при сжатии; Е - модуль Юнга (модуль продольной упругости).

Горные породы обладают трещиноватостью, и в массиве представлены отдельностями определенного размера и структуры, форма и величина которых зависят от числа систем трещин, направления и частоты трещин в системе.

В момент удара объем разрушаемой породы равен объему отдельности, на поверхность которой приходится энергия удара.

Необходимая энергия разрушения без учета потерь на создание новых поверхностей горной породы определенного объема равна:

(4)

где V - объем разрушаемой породы, м3;

т.к. , тогда формула (3) преобразуется в следующий вид:

(5)


Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.