Характеристика горных пород в разрушенном состоянии
1. Исторические этапы развития горной техники и технологии.
Понятие «техника» происходит от греческого слова «techne», означающего умение, мастерство. Понятие технологии включает в себя совокупность эффективных приемов применения техники для получения какого-либо продукта труда.
Задача технологии – создать оптимальные условия для использования техники.
История горной техники, как и техники вообще, - это история постепенной передачи машинам и приборам функций человека, история опредмечивания его физических и интеллектуальных функций.
В своем развитии горная техника прошла длинный исторический путь совершенствования. Этапы и их эволюция связаны с использованием различных энергетических источников. Рассмотрим вкратце эти этапы.
I. Биоэнергетический этап (чел. инстр. предмет труда). В качестве энергии использовалась мускульная сила человека и животного. Мускульная сила человека использовалась для привода в действия подъемных машин, вентиляции, откачки воды, отбойки и транспортировки руды.
Затем широко применялась энергия ветра и воды.
II. Этап машинного производства (человек – машина - инструмент - предмет труда). Промышленный переворот XVIII-XIX вв., с изобретением паровой машины, а затем двигателей внутреннего сгорания открыл путь машинному производству. Расширились масштабы горнодобывающей промышленности.
III. Этап электрификации: Основой современной техники механизации и автоматизации производства является электрификация.
IV. Этап автоматизации. Сущность данного этапа заключается в передаче функций управления техническим устройствам.
2. Вклад российских ученых и инженеров в совершенствовании процессов подземной добычи руд.
Исследование способов вскрытия. Придается важное значение при проектировании. Б.И. Бокий в работе «Аналитический курс горного искусства» дал оригинальные решение 3-х способов вскрытия. Л.Д. Шевяков опубликовал работы по определению наивыгоднейшего места заложения стволов и размеров шахтного поля. Развитие этих вопросов нашло в 30-50 гг. в трудах П.З. Звячина, Р.А. Селецкого (ИГД им. Скочинского).
ИГД им. А.А. Скочинского разработал графо-аналитическое решение задачи.
Б.И. Бокий предложил аналитический метод, сущность которого заключается в попарном сравнении способов вскрытия по сумме учитываемых затрат.
Исследование подготовки шахтных полей – решается аналогичным методом решения задач вскрытия. А.М. Курносовым разработана методика сравнения экономической эффективности этажного и панельного способов подготовки.
Дробовое бурение вытеснено ударно- вращательным с погружными пневматическими молотками. В настоящее время во всех горнорудных районах страны применяется этот способ бурения (НКР-100). За внедрение его авторы коллектив под руководством Б.В. Суднишникова в 1966 г. удостоен Ленинской премии. Станки НКР-100 позволили увеличить глубину скважин (на всю высоту этажа или глубокий веер и т.д.).
В 1950-56 г. В.И. Терентьев первый получил аналитическую зависимость для установления оптимальной ЛНС. Следующий этап исследований провел Л.И. Барон. В.Р. Именитов исследовал влияние процесса выпуска руды на потери и разубоживания.
Основные положения теории выпуска разрабатывались С.С. Минаевым, Л.С. Тортаковским, Г.М. Малаховым.
Управление горным давлением. Проф. В.Д. Слесарев провел теоретические исследования по определению оптимальных размеров целиков и по управлению горным давлением. Авершин С.Г., Кузнецов Г.Н., Борисов А.А., Ветров С.В., Шевяков Л.Д., Акад. Агошковым М.И., Бурцевым Л.И. исследован процесс получения твердеющей гидравлической закладки из хвостов ОФ. Цыгалов М.Н.
Разрушение горных пород.
Основоположником учения о крепости пород является М.М. Протодьяконов его в 1997 г. и создал систему в 1926 г. Руппенейт К.В., Динник А.Н., Шерман Д.И., Савин Г.Н.
Проф. В.Д. Слесарев определяет горное давление как силу созданную движением горных пород и их деформациями, вызванными нарушением прежде существовавшего равновесия этих пород в результате проведения горных выработок. Справедливость этого положения подтверждается практикой.
Акад. Л.Д. Шевяков разработал методы определения размеров МКЦ и размеров камер и состояние кровли. Доктор П.М. Цимбаревич сделал ряд обобщений и новых дополнений о физико-механических свойств горных пород, их деформации и устойчивости обнажений горных пород и теории горного давления.
3. Основные направления дальнейшего развития науки и техники в области процессов подземной добычи руд.
, значительно расширилось применения системы разработки с закладкой выработанного пространства и с магазинированием руды.
Большое внимание уделяется полноте извлечения полезных ископаемых в процессе добычи, повышению качества.
Большой упор в настоящее время делается на проектирование, строительство и эксплуатацию крупных предприятий высокого технологического и организационного уровня.
Все вышеизложенное предъявляет высокие требования к подготовке горных инженеров.
Ближайшими задачами по повышению эффективности разработки рудных месторождений является:
1. Совершенствование механизации основных процессов.
2. Полная механизация вспомогательных операций и вспомогательных процессов.
3. Внедрение дистанционного и программированного управления оборудованием на очистной выемке с целью повышения безопасности работ и расширения применения высокопроизводительных систем разработки.
4. Поисковые исследования в области робототехники, которая еще более расширит возможности работы машин в опасных для людей выработках.
5. Автоматизация процессов очистной выемки и завершения автоматизации транспорта полезных ископаемых.
6. Разработка автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП), комплексами процессов и предприятия в целом (АСУП).
4 Проблема создания ресурсосберегающих технологических процессов.
Попутная добыча – это не добыча по ходу дела, слово «попутный» имеет только технологический смысл.
Из 70 химических элементов, получаемых на предприятиях цветной металлургии, половина извлекается «попутно». Из этих «попутных» богатств страна получает более 700 различных видов промышленной продукции.
Комплексное использование месторождений полезных ископаемых чрезвычайно выгодно. Кроме попутной добычи, оно включает также и превращение отходов горного производства в полезную продукцию. Горные отвалы, отходы ОФ, металлургических заводов, тепловых электростанций. Из отходов получают различные строительные материалы, керамические и асбоцементные изделия, их используют как закладочный материал, а/дороги, ж/дороги, при рекультивации земель.
К примерам комплексного освоения месторождений можно отнести переработку старых отвалов, хвостов обогатительных фабрик, и.т.д. Появился термин «техногенное месторождение».
(На примере россыпей Якутии – перемыв старых отвалов, переработка хвостов Оночолахской фабрики, и.т.д.).
В случае невозможности извлечь те или иные ценные компоненты, горные породы или хвосты обогащения их содержащие должны складироваться в спецотвалы, для пользы будущих поколений. Требования к спецотвалам – их конструкция и месторасположение должны исключать потери ценных компонентов в период хранения.
10. Классификация руд и пород по коэффициенту крепости
о крепости: руды и породы подразделяются на:
мягкие – f до 4. Возможная механическая отбойка. Бурение шпуров и скважин осуществляется электросверлами (в случае взрывной отбойки).
Средней крепости – f=4-9 возникает необходимость применения БВР.
Крепкие – f = 9-15. В затратах на отбойку основная часть приходятся на бурение.
Весьма крепкие: - f>15. Основная доля затрат при очистной выемке приходится на отбойку.
11.Водные свойства горных пород
Влажность горных пород – это степень насыщенности горных пород водой в %.
, %
где: Р1 – масса пробы с естественной влажностью, гр.
Р2 – масса абсолютно сухой пробы, гр.
Влагоемкость – способность пород вмещать в себе то или иное количество воды. Численно оно выражается как и W.
Набухаемость – это способность горной породы увеличиваться в объеме в результате поглощения воды. Наибольшей способностью к набуханию обладают глинистые сланцы, которые увеличиваются в объеме на 5-10% при влажности 20-30%.
Водопроницаемость – способность горной породы пропускать через себя воду, (м3/сут). Определяется как
где: Кф – коэффициент фильтрации, м3/сут.
i – уклон поверхности воды;
F – площадь поперечного сечения фильтрующего слоя, м2.
Фильтрация – движение воды в породах под действием напора, (м/сут.).
12. Ценность п.и. и руды, ее влияние на выбор методов ведения горных работ
Ценность полезного ископаемогоэто его потребительская стоимость. Определяется свойствами и содержанием в нем полезных компонентов, наличием вредных примесей, обогатимостью и др. Различают валовую и извлекаемую (промышленную) ценности руды.Валовая ценность определяется стоимостью полезных компонентов, содержащихся в 1 т руды. Извлекаемая ценность определяется стоимостью полезных компонентов, извлеченных из 1 т руды в результате добычи и переработки.
13. Трещиноватость руд и пород и ее влияние на выбор методов ведения горных работ
Трещиной называется плоский разрыв сплошности среды, величина которого на порядок и более превосходит межатомные расстояния в кристаллической решетке (10-10м). Трещины по величине бывают 3-х порядков. Трещины первых 2-х порядков возникают основном в процессе диагенеза осадков или кристаллизации магмы. Их ориентирование в общем случае хаотично. Эти трещины определяют сопротивляемость пород процессам бурения и дробления (энергоемкость бурение). Характерной особенностью трещин III порядке является то, что они, пересекаясь, делят породы на отдельности правильной и неправильной формы. Эти трещины оказывают наиболее существенное влияние на процессы разрушения пород при их выемке и рыхлении, при сдвижениях, оползнях и обвалах.
14
Характеристика горных пород в разрушенном состоянии
Одной из основных характеристик является кусковатость. Кусковатость отбитой руды характеризуется ее гранулометрическим составом – качественным соотношением кусков в общей массе отбитой руды.
Размеры крупных кусков неправильной формы принято выражать средним размером по трем взаимно перпендикулярным направлением.
Существуют различные градации кусковатости. Наиболее проста и удобна следующая градация:
а) Рудная мелочь – от рудной пыли до кусков с поперечными размерами 100 мм.
б) Руда средней кусковатости – от 100 до 300 мм.
в) Руда крупнокусковая – от 300 до 600 мм.
г) Руда весьма крупнокусковая - > 600 мм.
При отбойке кусковатость руды зависит с одной стороны от физико-механических свойств пород в массиве, а с другой – от применяемого способа отбойки, диаметров шпуров, скважин, их расположения, типа ВВ, способа взрывания и др.
Кондиционным куском руды называется кусок с max допустимым размером, который можно выпускать из очистного блока для погрузки в откаточные сосуды. При подземной разработке рудных месторождений он колеблется от 300 до 700 мм, а иногда до 1000 мм.
Размер кондиционного куска оказывает большое влияние на выбор оборудования для всех производственных процессов добычи, доставки, погрузки, транспортировки.
Куски руды, превышающие кондиционные размеры, принято называть негабаритом.
Доля негабаритных кусков в общей массе отбитой руды называется выходом негабарита.
15 ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ — распределение зёрен (кусков) по крупности в массивах горной породы, горной массы, почве или искусственном продукте, характеризуемое выходом в процентах от массы или количества зёрен.
Гранулометрический состав — важный показатель физических свойств и структуры материала. Общепринятой классификации по данным гранулометрического состава не существует, что связано с различием целей и объектов, для которых производится определение гранулометрического состава. Вгеологии (литологии), горном деле, обогащении полезных ископаемых, грунтоведении, почвоведении, технологии строительных материалов и других областях техники применяют различные классификации и шкалы классов (фракций) крупности. Классы (фракции) обычно обозначают в мм, в обогащении полезных ископаемых классы крупнее и мельче данного размера — знаками плюс и минус соответственно. В геологии при оценке осадочных горных пород различают: валуны крупные (свыше 500 мм), валуны средние (500-250 мм), валуны мелкие (250-100 мм), гальку (100-10 мм), гравий крупный (10-5 мм), гравий мелкий (5-2 мм), песок грубый (2-1 мм), песок средний (0,5-0,25 мм), песок мелкий (0,25-0,1 мм), алеврит (0,1-0,05 мм), пыль (0,05-0,005 мм), глину (до 0,005 мм). В горном деле гранулометрический состав горной массы, отделённой от массива, используют для оценки результатов буровзрывных работ, качества продуктов обогащения и учитывают при выборе типа и параметров технологического оборудования в карьерах, нашахтах, дробильно-сортировочных, обогатительных, окомковательных фабриках.
16 КОНДИЦИОННЫЙ КУСОК— отдельность полезного ископаемого или породы, полученная в забое в результате ведения горных (главным образом буровзрывных) работ, размер которой (по наибольшему из трёх измерений) не превышает максимально допустимого для погрузочного, транспортного и дробильного оборудования, применяемого при разработке данногоместорождения.
негабаритный кусок - отдельность скального полезного ископаемого или породы, полученная в забое при ведении горн. (гл. обр. буровзрывных) работ, превышающая по размеру Кондиционный кусок. Суммарное содержание H. в горн. массе (%) - выход H. - зависит от структуры и физ.-техн. свойств разрушаемого массива, способа отбойки, параметров буровзрывных работ: диаметра заряда, уд. расхода BB, числа открытых поверхностей при разрушении массива, степени рассредоточения и равномерности распределения заряда BB в разрушаемом массиве, свойств BB и порядка взрывания зарядов. Наличие H. отрицательно влияет на технико-экономич. показатели разработки м-ний. Выход H. снижают путём повышения качества взрывных работ или увеличения размера кондиционного куска, требующего применения более мощного погрузочно-транспортного, дробильного оборудования. H. измельчают до кондиц. размеров при вторичном дроблении (см. Вторичное дробление).