Новое в оценке энергоемкости дезинтеграции горных пород Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

В.П.ТАРАСЕНКО

Новое в оценке энергоемкости дезинтеграции горных пород

Энергоемкость - горнотехнологический параметр, определющий взрываемость, дробимость, измельчаемость горных пород, т.е. их сопротивляемость дезинтеграции. Различные способы дезинтеграции формируют технологию рудоподготовки на горных предприятиях, начальным этапом которой является взрывное разрушение. Основная цель, определяющая важнейшее значение этого этапа рудоподготовки - получение гарантированного гран-состава взорванной породы. В настоящей статье, на основании ранее выполненных исследований [1], гарантированный гран-состав рассматривается как ряд предпочтительных размеров кусков взорванной породы, определяемых показателем квантования Взрыв в этом случае может рассматриваться как инструмент, вскрывающий статистическую

упорядоченность в образовании кускова-тости. Известное из практики подобие кривых распределения грансостава продуктов разрушения для различных процессов дезинтеграции позволяет считать, что применительно к сквозной рудоподготовке «взрыв-дробление-из-мельчение» должно существовать нечто общее, упорядочивающее формирование кусков породы на различных этапах дезинтеграции. Отражением этого общего, его проявлением и является, устанавливаемый на этапе взрывного разрушения, показатель квантования размеров кусков £. Приведем доказательства этого утверждения.

Удельный расход взрывчатых веществ (ВВ) и энергоемкость взрывного разрушения (дезинтеграции) связаны соотношением:

А-д-и

(1)

где Ар —полная

удельная энергоемкость взрывного

разрушения горных пород, МДЖ/м3,

<7 — удельный расход ВВ, кг/м3, и —удельная энергия ВВ, МДЖ/кг.

Степень достоверности оценки энергоемкости взрывного разрушения определяется полнотой соответствия удельного расхода ВВ условиям отбойки. Что касается других видов дезинтеграции, таких как механическое дробление и измельчение, то их энергоемкость оценивают, опираясь на эмпирические критериальные соотношения,

предложенные Кирпичевым-Киком, Рит-тингером, Бондом. Эти соотношения представляют собой двухпараметрические функционалы, разным образом учитывающие влияние начальной и конечной крупности кусков горной породы на величину удельной энергоемкости дезинтеграции. В отличие от механического дробления и измельчения зависимость энергоемкости взрывного разрушения от физико-технических параметров горных пород и свойств ВВ изучена значительно полнее. Более того, автором [1] установлена очень важная связь показателя квантования размеров кусков взорванной породы с величиной удельного расхода ВВ (энергоемкости разрушения):

Яп

°'2Т¥

(2)

где£ —показатель квантования размеров кусков породы;

\в— плотность заряжания ВВ;

<7П —предельная для конкретных условий взрывания величина удельного расхода ВВ;

т] —безразмерный параметр, характеризующий линейный масштаб разрушения;

Я —показатель относительной вязкости породы.

Известно также [2], что:

4,-*™*“ <3)

где (I — средний диаметр куска взорванной породы;

</ =0,17 (1 — первый член ряда кусков

предпочтительных размеров; ({ — диаметр скважинного заряда. Подставив соотношение (3) в (2) и принимая во внимание равенство (1), получим:

ср _

0,25

0,5

1,5

(4)

Из выражения (4) следует:

А> =

4 -Авв-и-г?

Я2

/ , \8/3 л*

ср

(5)

I

Поскольку -ч— то (5) можно

представить в виде:

А,=

4-Авв'Уч? Я2 -г»

(6)

Для конкретной пары «ВВ - порода» уравнение (6) целесообразно переписать в следующей форме:

4-Айя-і/У где ЛГд =---^2------коэффициент

пропорциональности. Определим далее диапазон изменения значений Кр

Начнем с легковзрываемых сухих пород (Я =6,5), в которых эффективно применение игданита, имеющего в среднем величину объемной концентрации энергии

А п а/)МДЖ \в-и = 3,4:

м

„ _4-3,4-28,6г _,„МДЖ

К°-------м*

При средней плотности разрушаемых пород у= 2,8 т/м3 и с учетом того, что 1 квт- ч=* 3,6 МДЖ получим:

=

263

= 26

КВТ-Ч

Аналогично, для трудновзрываемых, очень вязких горных пород (А=2,7) и мощных ВВ с Адви=6.5 МДЖ/м3

^ 4-6,5-28,62 _„_МДЖ

Кп=------—г-------“

п

м

при у- 2,8 Т/м3 2826

=

= 282

КВТЧ

В зарубежной практике широко известен и успешно применяется для оценки энергоемкости механических способов дезинтеграции горных пород предложенный Бондом индекс работы разрушения \¥с Этот покозатель определяет величину энергии, которую нужно затратить для доведения единицы объема горной породы, состоящего из кусков бесконечных размеров (£>0=°°), до крупности при которой 80% кусков имеют диаметр £>*=100мкм:

IVі — Ке I т/тт-----------

щ о,іагл...

(8)

где — коэффициент

пропорциональности, введенный Ф.Бондом.

Сопоставим полученные выше расчетные значения и диапазон изменения показателя Ка с опубликованными абсолютными величинами и диапазоном изменения коэффициента Кв [3], для горных пород различных категорий крепости. Соответствующие данные представлены в таблице 1.

Таблица I

Категории крепости горных пород Очень крепкие Крепкие Средние Мягкие

Коэффициент крепости 15 8-10 3-4 1-2

Индекс работыАМ (квт *ч/т мкм ) 19-29 12-17 7-10 <5

Ке -10,УУ| (квт ч/т) 190-290 120-170 70-100 <50

Сравнение показывает очень хорошую сходимость как абсолютных величин так и диапазонов изменения Кв и К6. вместе с тем, сопоставляя эти показатели, нужно помнить о том, что ИЛ, являющийся основой для расчета К# следует рассматривать как удачный, но все же условно-абстрактный критерий. Действительно, дробление (измельчение) от бесконечного массива до кусков, 80% которых имеют крупность 100 мкм, не связано с реальными параметрами технологических процессов механической дезинтеграции горных пород, также как не связано оно и с лабораторным способом определения путем разрушения образцов породы на двойном маятниковом копре. Высокая инженерная эрудиция В.Бонда и проведенный им обширный анализ практического опыта механической дезинтеграции, позволили ему предложить удачный эмпирический переход от ИЛ к определению Кв. В отличие от Кв показатель Кп установлен аналитическим путем, а формула (7) позволяет дать четкое толкование его физического смысла.

Действительно, К [ГА при £ =1, но I = , т.е. £ =1 при равенстве

радиусов общего и местного действия разрушающей нагрузки. Это значит, что показатель Кп равен удельной энергоемкости дезинтеграции породы в зоне местного действия разрушающей нагрузки и отражает структуру диссипативных потерь энергии в этой зоне. Энергия при взрыве промышленных ВВ передается породе механическим путем и именно по этой причине диссипация энергии в зоне местного действия нагрузки идентична при взрывной и механической дизинтеграции. Пока-затель К0 легко рассчитывается и на основании проведенного выше анализа должен заменить эмпирический коэффициент Кв во всех приложениях последногс. При этом индекс работы \Уг=0,1Ко продолжает играть раль подобную роли коэффициента крепости/= 0,1 асж (осж в МПа). Интересен

ИЛ постольку, поскольку он использован в ряде эмпирических формул, приведенных в справочниках и применяемых для технико-экономических оценок процессов механической дезинтеграции. Значимость показателя Кв определяется тем, что он служит основой (базой) для оценки энер-

гоемкости как взрывной так и механической дезинтеграции горных пород. В этом смысле /Сдследует рассматривать как обобщенный показатель дробимости пород, горно-технологический параметр, характеризующий их сопротивляемость указанным выше способам дезинтеграции. С введением К0 устраняется существовавшая неопределенность в содержании как самого понятия так и в количественном определении показателя дробимости. Из изложенного следует, что определяемые применительно к взрывному разрушению параметры Кп и £ являются общими и для механических способов дезинтеграции. Это создает основу для рассмотрения и расчета энергоемкости и гранулометрического состава взрывной и механической дезинтеграции с единых позиций. В связи с тем, что при расчете энергоемкости взрывного разрушения в качестве критерия степени дробления использован средний диаметр куска взорванной породы, реализация ранее сделанного утверждения требует также использовать при расчетах энергоемкости дробления и измельчения соответствующие величины средних диаметров кусков разрушенной породы. С этой целью в основной формуле (8) Бонда применительно к стадии крупного дробления средний диаметр куска породы в питании дробилки 00 = а средний диаметр ку-

ска породы в разгрузке дробилки Ок = Здесь с1.(в) и (1.(к) - первые

члены рядов предпочтительных размеров русков породы при взрывном разрушении и крупном дроблении соответственно. На основе ранее выполненного анализа, но применительно к дробилкам [4]

^•(кГ^^к)! ЗХ (9)

где (/^у-номинальный диаметр кусков, определяемый размером отверстий сита, через которые проходит 95% раздробленной породы.

Для ориентировочных расчетов применительно к щековым и конусным дробилкам, номинальный диаметр кусков раздробленной породы можно принимать в соответствии с известным соотношением:

Н

(10)

где К—коэффициент згкрупнения размеров кусков (приводится в справочниках);

5 —ширина выпускной щели дробилки.

Во всех остальных случаях величину (1Н следует определять при рассеве проб, как максимальный размер куска породы в пробе, соответствующий размеру отверстия верхнего сита, на котором остается 5%

горной массы.

В соответствии с формулой (8) и приведенными выше комментариями, определим Ек энергоемкость дезинтеграции в дробилках крупного дробления:

'

Ек=Кв

1

1

^(к)^2'103 <1*(в£У2'1°3

(11)

Е формуле (11) размерность средних диаметров кусков в питании и разгрузке дробилки, [МКМ].

Выражение, заключенное в скобки, после преобразований имеет следующий вид:

1 1

зі,б2^ад^

(12)

Принимая во внимание, что (1.( М),Пс/, а йн(к)=Кк-5=Зс1,(к^ из (11) и (12) получим:

жш ,

К-Б

Е* К°Т\дал

(13)

где Кк —коэффициент закрупнения размеров кусков;

5К—ширина выпускной цепи в дробилке крупного дробления.

Энергоемкость дезинтеграции Ес в дробилках среднего дробления при среднем диаметре кусков породы в разгрузке дробилки крупного дробления, то есть при

составит:

й

Ек ~

Т.К. ^(с)=^с‘5с=3^*(с)^ а

с1*(л= Кк-3/Ъ-а то после подстановки

значений (1,(С):=КС5С/ЗХ, и преобразо-

ваний (14) получим:

ЕК = К0-

у/К* ' - I

К •&.

31,62|^

(15)

где Кс—коэффициент закрупнения для дробилки среднего дробления;

5С —ширина выпускной щели дробилки среднего дробления.

Действуя аналогичным образом, определим Ем, энергоемкость дезинтеграции в дробилках мелкого дробления, при ^н(мГК-м$>гЗс1,(м/^ ^*(м)~^м^мIЗХ

1 _ 1

(16)

После подстановок и преобразований окончательно получим:

ЕМ=К0-

31

щ

(17)

где Км—коэффициент закрупнения для дробилок мелкого дробления;

5М —ширина выпускной щели дробилки мелкого дробления.

Из анализа зависимостей (7); (13); (15); (17) следует, что объединяющие их параметры Кв и £ являются основными горнотехнологическими показателями, характеризующими сквозную рудоподго-товку, ибо определяют взаимосвязь отдельных ее этапов. В анализируемых формулах энергоемкость дезинтеграции зависит не только от К0 и £, но и от величины номинального диаметра кусков с1н. Это дает основание считать, что предложенный под-

с одной стороны, является более общим по сравнению с известной методикой Меха-нобра, а с другой стороны, значительно расширяет диапазон применимости гипотезы Ф.Бонда. Действительно, Кп изменяется в зависимости не только от свойств

породы и типа ВВ (аппарата разрушения в широком смысле), но и от определяемой ими крупности дробления.

Расчеты энергоемкости дезинтеграции по формулам (7) - (17) находятся в хорошем соответствии с практическими оценками.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тарасенко В.П. Квантование размеров кусков и гранулометрия разрушения при. взрыве. Доклады АН СССР, 1990г., Том 315,№2, с.323-326.

2. Тарасенко В.П. Особенности формирования ряда кусков предпочтительных размеров при взрывном дроблении. Горный информационно-аналитический бюллетень, 1993 г., выпуск 7-8, с.16-19, МГГУ, Москва.

3. Фридман С.Э., Щербаков О.К. Обогащение полезных ископаемых. Москва, «Недра» 1985 г., 206 с.

4. Тарасенко В.П. Способ прогнозирования грансостава взрываемой горной породы. Патенты и изобретения БИ №10, 1993 г., с.202.

© В.П.Тарасенко

Зарубв^снАя информация

1

Вегетарианцы реже умирают от рака и сердечно-сосудистых болезней. Это подтвердили сравнительные показатели смертности от этих заболеваний за 12-летний период в двух группах: одну составляли вегетарианцы, другую - любители мяса.

Оказалось, что риск заболеть раком для вегетарианцев на 40 % ниже, чем для тех, кто употребляет мясо.

Возможно, впрочем, что эта разница в показателях объясняется потреблением других продуктов, которые компенсируют отсутствие мяса в вегетарианской кухне.

В общем, не стоит спешить с выводами о вреде мяса, считают английские врачи. Ну а Британское общество вегетарианцев ликует. Полученные результаты оно считает самым значительным прорывом в предупреждении рака за последние сорок лет.

Все больше вегетарианцев появляется в США. Чтобы предотвратить рак легких, желудка, поджелудочной или молочной железы, американцы теперь больше едят овощей и фруктов. Так, спаржевая капуста (брокколи) благодаря содержанию в ней сульфорафена способствует профилактике рака молочной железы. Сульфорафен проникает в кровь и активизирует иммунную систему. Кстати, так же благотворно влияют на организм и другие овощи с этим веществом.

Не менее полезны лук и чеснок. В них есть сульфиды, предотвращающие рак желудка. Помидоры, ананасы, земляника и зеленый перец - все эти "вкусности" подавляют действие канцерогенных веществ.

С 1992 по 1993 годы в США потребление витамина А возросло в три раза, витамина Е — почти в четыре, а витамина С — на 10 процентов.

Однако, предупреждает "New England Jornal of Medicine", продукты, богатые витаминами Е и А, возможно, способны и негативно влиять на здоровье и повышать опасность развития рака.

В Ими. Московском техническом училище окончились вступительные экзамены. Подверглись испытанию 269 чел., из них успешно выдержали экзамен 190, но были приняты по числу мест 108 чел.

______ "Московские ведомости", 1 сентября 1694 г.