CC BY
27
УДК 622.35:622
А.А. Сидорков, асп., (4872) 35-20-41, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
АЛГОРИТМ ПАСПОРТИЗАЦИИ РАБОТЫ БУЛЬДОЗЕРНО-РЫХЛИТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА В УСЛОВИЯХ РЫХЛЕНИЯ КАРБОНАТНОГО МАССИВА
С целью расширения области использования бульдозерно-рыхлительного агрегата предлагается производить раскройку залежи карбонатных пород с учетом природных особенностей строения массива и настойки глубины рыхления по слоевым контактам с относительно малой прочностью.
Ключевые слова: массив карбонатных пород, трещиноватость, слоистость, отдельность, параметры механического рыхления, раскройка, горизонт, эксплуатационная производительность, паспортизация.
Исходная информация для комплексной оценки планируемого для разработки месторождения содержится в геологоразведочной документации и в отчетах эксплуатационной разведки. Дополнительное исследование обнаженной полезной толщи, позволяют сформулировать более детальное представление о структурных особенностях массива. Отдельно взятый слой полезной толщи месторождения характеризуется относительно стабильными значениями физико-механических свойств, химического состава и трещиноватости, при это каждый слой можно разделить на подслои, где физико-механические свойства каждого слоя отличны друг от друга. Можно выделить подслой с меньшими значениями.
Основные факторы, обусловливающие более сложное строение горных пород в массиве по сравнению с образцом, — это развитая трещиноватость пород — геологические нарушения, естественные и искусственные трещины.
Трещиной называют плоский разрыв сплошности среды, величина которого на порядок и более превосходит межатомные расстояния в кристаллической решетке (т. е. более 10-9м).
Трещины различаются по следующим признакам:
1. По степени раскрытия: открытые, закрытые, скрытые.
Открытые трещины — это трещины с разомкнутыми стенками.
Открытые трещины могут быть зияющими или заполненными другой породой или минералами.
В закрытых трещинах наблюдается плотное смыкание их стенок. Скрытые трещины вообще неопределимы визуально, однако при нагружении породы разрушение происходит именно по ним.
2. По размерам: внутрикристаллические трещины, вызванные условиями возникновения и развития в породе отдельных кристаллов (размеры порядка 10 -9—10-5 м); межкристаллические трещины, ориентированные
хаотично (размеры 10-4— 10-2 м); макроскопические трещины — кливаж, тектонические нарушения, трещины усыхания и остывания, выветривания и т. д. (размеры от 10-1 до 102 м).
3. По форме: прямолинейные и изогнутые (коленчатые, дугообразные и кольцеобразные).
Выделяют также системы трещин: радиальные, концентрические, кулисообразные, ветвящиеся и др.
4. По геометрическому взаимоотношению трещин со слоистостью: трещины продольные, параллельные линии простирания; поперечные, рассекающие породу в направлении линии падения; диагональные, которые пересекают породу под различными вертикальными углами; согласные трещины, поверхности которых параллельны плоскостям слоистости или сланцеватости.
5. По углам наклона к горизонтали: вертикальные (угол падения 80—90°), крутые (60—80°), средней крутизны (30—60°), пологие (10—30°) и горизонтальные (0—10°).
Трещиноватость пород определяется густотой расположения трещин, количеством систем трещин и их взаиморасположением.
Система трещин может оказать влияние на физические параметры пород, если исследуемый объем породы таков, что эти трещины в нем присутствуют.
По технологическим соображениям при оценке разрабатываемых массивов в известное подразделение пород по силам связей на твердые, связные и рыхлые вводят дополнительные группы пород в зависимости от их строения.
Скальные и полускальные породы по степени трещиноватости подразделяются на пять технологических категорий:
1. Практически монолитные, у которых размер отдельностей превышает 1,5 м, средний размер — около 1 м, видимые трещины отсутствуют.
2. Малотрещиноватые, у которых среднее расстояние между трещинами и размер отдельностей — до 1,5 м (в среднем 0,7 м). Такие породы имеют блочное строение, видимые трещины в них заполнены мелким материалом.
3. Средней трещиноватости, у которых расстояние между трещинами и средний размер отдельностей составляют около 0,5 м. Они имеют блочное строение, хорошо различимые, иногда заполненные мелким материалом трещины.
4. Сильнотрещиноватые с отдельностями в среднем около 0,3—0,4 м. Часто имеют место напластования и видимые сомкнутые трещины.
5. Чрезвычайно трещиноватые, имеющие средний размер отдельно-стей в массиве около 0,2 м. Отсутствуют отдельности крупнее 1м.
Степень трещиноватости пород варьирует в широких пределах даже
на одном месторождении. Поэтому одинаковые по наименованию породы одного месторождения на различных участках могут быть отнесены к разным категориям трещиноватости.[3]
По строению массивы пород характеризуются мощностью и углом падения слоев, наличием геологических нарушений, зон трещиноватости, секущих жил, интрузий и т. д.
Проанализировав геологоразведочную документации и отчеты эксплуатационной разведки, строится сводная стратиграфическая колонка по каждой геологоразведочной скважине. Благодаря стратиграфической колонке можно выделить:
1. Горизонты месторождения;
2. Слои горизонтов месторождения;
3. Подслои в слоях.
Геологическая колонка Краткое описание пород
Суглинок буроват о-желтый, желтый, песчанистый, комковатый порист ый с редкими вклюненниями обломков извест няка
Глина пластичная зеленовато-желтая с мелкими обломками известняка
|;! |! | !"| Известняк пятнистый, тонкоплитчатый, сильнотрещиноватый, порист ый, средней прочности
Известняк серый толстоплит чатый с прослоями стигмариего, массивный кавернозный
Известняк серый, местами темно-серый, мелкозернистый, толстоплитчатый, массивный крепкий
1 1
Известняк серый, коричнневато-серый, мелкозернистый, крепкий, толстоплитчатый, слабово органогенно-детритового, трещиноватый, трещины | выполненны! известково глинестой массы
Глины 1 серый, темно-серые, угольстые неравномерно-песчанистые местами жирные, плотные
Рис. 1. Пример сводной стратиграфической колонки месторождения
По полученным данным можно выделить физико-механические свойства массива, благодаря которым определяем способ подготовки месторождения.
Для наиболее эффективного применение бульдозерно-рыхлительного агрегата необходимо произвести раскройку горизонтов, то есть выделения участков с наиболее похожими физико-механическими
свойствами (показателю трудности разрушения Пр) известняков. [2]
/ .
А / / - ------/
Гс =ЕЬ Л
/ Пр 1 ^
\ • \ / \ С| /
\ \
X Пр -3
\ 'Л"
\
/ . \
|Ч'11 .Т ГЛЗ ОшУШ II '1011IIЯ
V. .. , __ | «Б - пъч11."..и- I,-"п:1^л* ш
1 Ч / 1
<
ае
V / " А
Я
Рис. 2. Пример раскройки горизонта на участки
После выделения участков на каждом горизонте всего месторождения производится расчет основных параметров механического рыхления. Расчет основных параметров механического рыхления: Ширина одиночной борозды поверху (в м) оперделяется по формуле:
2• К, • h3
во6 = / 1 3 + К, (1)
h
где К1 =—; Ищ - высота щели, м; а - угол откоса стенок борозды, град.; h
з
hз - глубина внедрения зуба рыхлителя, для мерзлых пород, ^ = 0,7 м; Ьс - ширина меньшего основания трапецеидального сечения борозды, м; К1 = 0,75 для мерзлых пород
К = (1,5...2,5) • Ьнр , (2)
Расчетные значения К1, К2 и Ьс приведены в таблице 1.
Таблица 1
Значение параметров К1, К2 и Ьс
Породы к, К Ьс
Слаботрещиноватые (А = 0,6 - 0,9) 0,75 - 0,9 0,95 - 1 (1 - 1,5)Ьнр
Среднетрещиноватые (А = 0,6 - 0,4) 0,9 - 1 0,9 - 0,95 (1,5 - 2,5)Ьнр
Сильнотрещиноватые (А < 0,4) 1 0,8 - 0,9 (2,5 - 4)Ьнр
Глубина эффективного рыхления массива (м) при параллельных проходах рыхлителя определяется по формуле:
К .к -Ш^С -ь)
1 3 ^ V с п с /
к
3 К
(3)
^ = Сс
К 2
(5)
где К2 - коэффициент, учитывающий влияние трещиноватости пород на размеры обрушающихся при параллельных проходах неразрешенных гребней, К2 = 0,95.
Расстояние между смежными параллельными проходами рыхлителя (м) определяется по формуле:
2
Сп =—К • Кз - к2. к) + Ьс, (4)
Объем рыхления за один проход равен:
К • к - а - ь)
1 3 2 \ с п с /
Оптимальное расстояние между параллельными проходами рыхлителя определяется:
К • к
С = + 0,5 • Ь, (6)
опт . ' с" \ /
Глубина эффективного рыхления массива (в м) при оптимальном расстоянии между проходами рыхлителя определится по формуле (в м):
0,5 • С •
К =_2-о™ & , (7)
э опт -гг ' ^ '
К2
где К2 - коэффициент, учитывающий влияние трещиноватости пород на размеры образующихся при параллельных проходах неразрушенных гребней, для сренетрещиноватых известняков К2 = 0,9.
После расчета глубины эффективного рыхления производим анализ подслоев на каждом горизонте, а именно расстояние между подслоями, а также глубину залегания первого подслоя от поверхности. В последствии сопоставляем полученные данные и получаем эффективную глубину рыхления, позволяющая увеличить производительность бульдозерно-рыхлительного агрегата с меньшими энергозатратами [3].
Эксплуатационная производительность тракторных рыхлителей при параллельных проходах определяется по формуле:
3600•С •К •К /оч
Г) _ _с_п_з_и_ / V \
т р 1 т ' V '
— + —
V L
ср
где Ки - коэффициент использования рыхлителя в течение смены, Ки = 0,8; Уср - средняя рабочая скорость движения рыхлителя, Уср = 1,1 м\с; т - суммарное время на переезд рыхлителя на следующую борозду, с;
Т = ¿1 + ¿2 +
где - время выглубления зуба рыхлителя, с; ¿2 - время маневров рыхлителя при переезде, с; - время заглубления зуба рыхлителя, с; Ь - длина
параллельного хода, м; т = 30 с; L = 200 м.
Тогда сменная эксплуатационная производительность рыхлителей будет равна:
Рсм = Р ■ Т , (9)
т. р. т. р. см " \ /
После расчета основных параметров механического рыхления, полученные данные сводятся в таблицу:
Таблица 2
Пример сводной таблицы показателей механического рыхления
Параметры Значения
1 участка Тарусского горизонта 2 участка Веневского горизонта 3 участка Михайловского горизонта
Ширина одиночной борозды по верху, Во.б. м
Глубина эффективного рыхления массива, ^ м
Обьем рыхления за один проход, ¥
Оптимальное расстояние между параллельными проходами, Сс.п. м
Тип рыхлителя
Длинна параллельного прохода, L м
Сменная производительность бульдозера, Рстмр м3
Мощность горизонта, m, м
По полученным данным производится построение паспортов работы БРА:
Рис. 3 Пример паспорта работы БРА
86
Рис. 4. Схематичное отображение алгоритма построения
паспорта работы БРА
Разработанный алгоритм паспортизации работы бульдозерно-рыхлительного агрегата в условиях крбонатного массива позволит:
- увеличить промышленные запасы за счет увеличения выхода полезной с массы с единицы объема залежи;
- снизить энергозатраты на единицу объема полезной массы;
- уменьшить количество операций в технологии добычных работ;
- снизить нагрузку на окружающую среду.
Список литературы
1. Трубецкой КН., Панкевич Ю.Б. Новая техника и технология разработки скальных пород на карьерах строительных материалов с помощью рыхлителей. 1975
2. Трубецкой К.Н. Проектирование карьеров: Учеб. для вузов: в 2
87
т./К.Н. Трубецкой, Г.Л. Краснянский, В.В. Хронин. - 2-е изд., перераб. И доп. М. Изд-во Академии горных наук, 2001.
3. Чирков А.С. Добыча и переработка строительных горных пород: Учебник для вузов/А.С. Чирков. М.: Изд-во МГГУ, 2001.
A.A. Sidorkov
ALGORITHM OF CERTIFICATION OF DOZING AND RIPPING UNIT IN ARRAY LOOSENING KRBONA TNOGO
In order to expand the use of dozing and ripping out cutting units are offered to make deposits of carbonate rocks of natural features of the structure of the array and tinctures loosening depth layers on contact with the relatively low strength.
Key words: solid carbonate rocks, fractures, bedding, jointing, the parameters of mechanical loosening, cutting work, horizon, operational performance, certification.
Получено 24.08.12
УДК 622.23-032.35.023.43.026
П.Н. Чеботарев, асп., 89207598205, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
УСТАНОВЛЕНИЕ КОРРЕЛЯЦИОННЫХ СВЯЗЕЙ ВЯЗКОСТИ РАЗРУШЕНИЯ УГОЛЬНОГО МАССИВА С ПОКАЗАТЕЛЯМИ ЕГО ПРОЧНОСТИ
Установлены корреляционные зависимости вязкости разрушения (трещино-стойкости) угольного массива от предела прочности угля на сжатие, сопротивляемости его резанию или показателя разрушаемости.
Ключевые слова: вязкость разрушения, горные породы, уголь, разрушаемость.
Современные представления о разрушении материалов базируются на положениях механики разрушения, которая является одним из разделов механики деформируемого твердого тела [1, 2]. Согласно этим представлениям, процесс разрушения - это распространение трещины, рост которой определяется некоторыми характеристиками напряженного состояния в окрестности ее вершины. В линейной механике разрушения этими характеристиками являются коэффициенты интенсивности напряжений К1, К11, Кш, в нелинейной (учитывающей пластическое деформирование материала) - это ./-интеграл (интеграл Эшелби-Черепанова-Райса). Методы механики разрушения были впервые применены к процессу механического разрушения горных пород Г. П. Черепановым [3]. Дальнейшее развитие этот
88
