CC BY
102
---------------------------------------- © В.И. Сайтов, В. В. Чупров,
2006
УДК 621. 926. 4
В.И. Саитов, В.В. Чупров
КРИТЕРИИ ПОДОБИЯ ПРОЦЕССА ДРОБЛЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД НЕСВОБОДНЫМ УДАРОМ
Семинар № 16
~шу настоящее время до 85 % твер-
М-З дого минерального сырья извлекается из недр с помощью буровзрывных работ. Вместе с тем, опыт разработки скальных показывает, что даже при применении прогрессивных способов ведения буровзрывных работ не позволяет полностью исключить выход крупной фракции (негабаритов) [1].
Размер, определяющий относится или нет отдельный кусок к классу негабаритов, зависит чаще всего или от вместимости ковша экскаватора, или от размера приемной щели головной дробилки крупного дробления установленной на предприятии. Процент выхода негабаритов от взорванной массы в зависимости от горногеологических условий может изменяться от 2-3 до 15-20 процентов, при добыче штучного (например, облицовочного) камня выход негабаритных кусков может быть еще больше [2].
Дробление негабаритов до требуемых размеров может осуществляться либо с помощью взрыва (шпуровым способом или накладными зарядами), либо при помощи импульсной техники, использующей различные виды энергии: гравитационную, механическую (пневматические, гидравлические и гидропневматические молоты), электрическую и энергию взрыва.
По экономическим причинам взрывной способ дробления к настоящему времени практически вытеснен механическим ударным способом. Использование механического удара эффективно для разру-
шения материалов с явно выраженным хрупким характером разрушения. Именно хрупкое разрушение характерно для большинства типов горных пород.
Различного типа молоты производятся в широком диапазоне основных параметров по мощности от 1,5 до 60 кВт, с энергией единичного удара от нескольких десятков Дж до десяти и более кДж. КПД различного вида молотов изменяется также в широком диапазоне: от 0,25 до 0,9. Один из основных показателей совершенства и экономичности конструкции -удельная металлоемкость, т. е. отношение туд = М/Ауд изменяется в диапазоне от 0,15 до 1.2 кг/Дж. [3]. Если учесть большое многообразие физико-механических
свойств горных пород, различие размеров и формы отдельных кусков, то станет ясной сложность проблемы выбора типа и мощности ударного механизма для конкретных горнотехнических условий.
Для обоснованного выбора типоразмера ударного механизма необходимо установить взаимосвязь между физико-
механическими свойствами разрушаемой породы, размерами куска и энергией единичного удара. На сегодняшний день не существует общепринятой теории разрушения горных пород ударом, поэтому остается экспериментальный путь исследования этого процесса. Проводить эксперименты в натурных условиях чрезвычайно трудно. К причинам, затрудняющим такие исследования, относятся: недоступность непосредственного наблюдения процесса взаимодействия материала с ис-
V
V
Расчетная схема динамическая, формы рабочей части инструмента, а - долотчатая, б - конусная, в - сферическая
полнительным органом невозможность в условиях производства изменять в широких пределах основные параметры процессов, невозможность управления физико-механическими свойствами пород и руд и их нестабильность. В этих условиях наиболее приемлемым остается путь физического моделирования исследуемого процесса. Однако к настоящему времени, применительно к дроблению негабаритных кусков несвободным ударом недостаточно полно решены вопросы теории подобия и моделирования, в частности недостаточно полно определены условия, обеспечивающие подобие процессов, протекающих в моделях и в натуре. Это обстоятельство не позволяет обоснованно корреспондировать результаты исследований на моделях различного вида на натурные объекты. К настоящему времени накоплен обширный экспериментальный и теоретический материал, полученный в производственных и лабораторных условиях применительно к ударному процессу разрушения горных пород, так в работе [4] получена общая функциональная зависимость процесса ударного разрушения. На основе п - теоремы установлены критерии подобия во всех возможных формах запи-
си их взаимосвязь и выявлены критерии, не оказывающие существенного влияния на подобие процесса разрушения. Все сказанное относится к процессу дробления свободным ударом, при котором дробление происходит под воздействием кинетической энергии самого куска, т. е. усилие дробление создается действием движущейся массы куска. При дроблении негабаритов с помощью импульсных устройств энергия дробления передается от машины к куску через инструмент (см. рисунок).
На рисунке обозначено: тн, ти - масса дробимого куска и инструмента, соответственно; Ьк - катушка индуктивностью Ь; С2 С1 - жесткости возвратной пружины и рабочего оборудования базовой машины; тбм - масса базовой машины; - усилие
воздействия электромагнитного поля на подвижны якорь; тя - масса подвижного якоря; Ян - реакция негабарита при ударе инструмента.
С учетом параметров, характеризующих ударный механизм, общий функционал процесса дробления негабарита, с учетом [4] можно представить в следующем виде
в
б
а
Е(Э, С, Ед, V, а, п, п, у, р, к, В, е, 1,Т, g, тн,
Ши, тя) = 0,
где Э - энергия, расходуемая на процесс разрушения, Дж; С - жесткость рабочего органа дробилки (или основания, на котором покоится разрушаемый кусок), Н/м; Ед - модуль упругости дробимого материала, Па; V - скорость соударения, м/с; а - прочностные характеристики, Па; п -коэффициент Пуассона дробимого материала; п - коэффициент упругопластических свойств породы; у - плотность материала, кг/м3; р - коэффициент внешнего трения породы о сталь; к - коэффициент восстановления дробимого материала; В -линейные размеры куска, м; е - относительная деформация куска; / - степень дробления; Т - время, с; g - ускорение земного тяготения, м/с2.
1. Кутузов Б.Н. Проблемы взрывного разрушения скальных пород в горной промышленности // Горный журнал. - 1997. - № 10. С. 31-33.
2. Симкин Б.А., Кутузов Б.Н., Буткин В.Д. Справочник по бурению на карьерах.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Недра, 1990.- 224 с.
Анализ размерностей параметров входящих в приведенное уравнение показал, что из них можно составить семнадцать групп независимых параметров и, соответственно семнадцать форм записи критериев подобия, одна из которых для группы независимых параметров Ед, у, В, имеет следующий вид: щ = ЭК1В'3; п2 = VE^0’S у0’5; п3 = ВЕ
п4 = аЕ-1; п5 = п; п6 = I; к7 = п; п8 = р; п9 = к; п10 = е; п11 = тя(ти)'1.
Обеспечение приведенных критериев подобия позволит обеспечить подобие процессов разрушения на модели и в натурных условиях, а также обеспечить возможность корреспондирования результатов экспериментов с моделей на реальные процессы.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Ушаков Л.С., Котылев Ю.Е., Кравченко В. А. Гидравлические машины ударного действия. - М: Машиностроение, 2000. 416 с.
4. Саитов В.И. Критерии подобия процесса разрушения пород свободным ударом и их взаи-мосвязь//Известия вузов. Горный журнал. - 1989. -№ 1. - С. 82-85.
— Коротко об авторах
Сайтов В.И., Чупров В.В. - УГГУ.
