CC BY
26
© Ю.А. Красников, В.М. Гулков,
Е.Е. Шешко, 2003
УЛК 622.73
Ю.А. Красников, В.М. Гулков, Е.Е. Шешко
ОСОБЕННОСТИ МАССОВОГО РЫХАЕНИЯ (АРОБАЕНИЯ) ГОРНОГО МАССИВА МАШИНАМИ СТАТИЧЕСКОГО И АИНАМИЧЕС КОГО АЕЙСТВИЯ
Массовое разрушение
скального горного массива машинами до настоящего времени было возможно в случае, если этот массив был непрочным и сильно пронизан трещинами. На открытых разработках машиной, ведущей массовое разрушение рыхлением горного массива, были статические рыхлители на базе тракторов. На рис. 1 показана схема взаимодействия зуба такого рыхлителя с массивом (рыхлитель паралле-лограммный). На рисунке линия АА характеризует опорную поверхность. О - максимальное заглубление, которое для рыхлителей фирмы Катерпиллер может достигать значений до 1700 мм в зависимости от свойств породного массива; М - максимальный дорожный просвет - 1200 мм; N -максимальный угол проходимости ~ 360; Ь - максимальный вылет на уровне опорной поверхности - 1780 мм. Различают радиальные, фиксированные и регулируемые параллелограммные рыхлители одностоечные и многостоечные. Рыхление может вестись как одним, так и несколькими зубьями, вооруженными наконечниками различной длины, при этом для условий больших ударных нагрузок при-
нимают короткие наконечники. Ширина разрыхляемой тремя зубьями полосы может достигать 3,3 м. Движение рыхлителя обеспечивается мощным трактором. Например, гусеничные тракторы типа Б 10 N и О 11 N имеют мощность двигателей соответственно 388 кВт и 574 кВт при массе 60 и 97 т и максимально тяговым усилием на первой передаче 85 и 120 т. При этом эффективная тяга зависит от массы и силы сцепления снаряженного трактора. При работе такого статического действия рыхлителя различают «усилия взламывания» -это максимальное непрерывное направленное вверх усилие, развиваемое гидроцилиндрами подъема, измеренное на наконечнике рыхлителя; «усилие заглубления» - максимальное непрерывное направленное вниз усилие, развиваемое также гидроцилиндрами рыхлителя, измеренное на наконечнике, которое создается за счет подъема задней части трактора. Для трактора марки Б 11 N при одностоечном регулируемом параллелограммном рыхлителе усилие заглубления составляет 28 т, усилие взламывания 63 т, при этом максимальное заглубление может достигать 1,6 м.
Рис. 1. Конструкция параллело-граммного статического рыхлителя
Эффективность разрушения массива определяется его крепостью и трещиноватостью, что может быть оценено по скорости распространения сейсмических волн в массиве. Фирма Катерпиллер, известный производитель статических рыхлителей на базе тракторов, приводит в своих проспектах следующую диаграмму области применения статических рыхлителей в зависимости от скорости распространения упругой волны в массиве, составленного из различных пород (табл. на рис. 2). Как видно из диаграммы рыхление горного массива статическими рыхлителями возможно до скоростей упругой волны в массиве 2-2,2 км/сек, далее работа статических рыхлителей невозможна - это до настоящего времени была зона буровзрывных работ. Ясно, что чем ниже скорость сейсмической волны, тем ниже сопротивляемость массива разрушению и тем выше производительность процесса. В наиболее благоприятном случае при скорости сейсмической волны около 0,7 км/сек, чему соответствуют породы малой сопротивляемости разрушению, расчетная производительность статического рыхлителя может достигать значений до 3000 м3/час или « 4,5-6 тыс. т/час. Как следует из приведенного фирмой Катерпиллер графика на рис. 3 с ростом скорости сейсмической волны в массиве производительность процесса рыхления резко снижается, при этом в зависимости от идеальных А или неблагоприятных В условий
Рис. 2. Диаграмма области применения статического рыхлителя типа Б 9 Н фирмы Катерпиллер по различным породам в зависимости от скорости прохождения в них упругих сейсмических волн (прочности)
Рис. 3. Графики расчетной производительности одностоечного рыхлителя Б 11 N фирмы Катерпиллер для идеальных А и неблагоприятных В условий
производительность также будет существенно отличаться. Неблагоприятными условиями считаются, например, вертикальная слоистость массива, «человеческий фактор», состояние трактора, рыхлителя и т.п. Из приведенных фирмой диаграмм [1], в частности, на рис. 2 видно, что статическое разрушение указанными машинами возможно лишь для примерно 50% встречающихся горных пород. Схема воздействия рабочего инструмента на массив в этом случае может быть представлена в виде клина, внедряющегося в основание уступа, чему соответствуют две плоскости обнажения (рис. 4а). Все же горные массивы, сложенные из различных видов пород в том числе скальных, могут разрушаться ударными машинами, создающими динамическое воздействие на массив подобно тому, что встречается в широко распространенных машинах ударного бурения, в дробилках и т.п., но с большой ударной мощностью и энергией удара [2]. В частности, энергия единичного удара машины метательного действия может составлять 1,5 • 106 Дж. (150.000 кГм), а скорость ударного воздействия дробящей массив билы может быть более 30 м/сек. Такой энергии и скорости удара соответствует удар плиты (билы)
Рис. 4. Схемы разрушений горного массива статическим - а, динамическим - б и комбинированным - в способами, А - ширина «балки» - шаг скалывания, V - направление скорости движения отбитых ударом частей массива
весом 3 т, падающей с высоты 50 м. Если ребро плиты имеет размеры, например, по длине 1,5 м и толщине 80-100 мм, а сама плита наносит удар по краю уступа на расстоянии 0,5-1 м (рис. 4б), то тогда, согласно имеющимся экспериментальным данным, полученным на промышленных установках (ударных дробилках, на «падающих бабах»), от уступа, имеющего две плоскости обнажения массива, отделится не менее 0,3 м3 за удар. При этом, согласно нашим экспериментальным данным динамического послойного разрушения монолитного бетонного блока, произойдет значительное трещинообра-зование в нижележащей части массива, что позволит некоторый остающийся после таких ударов слой разрушать наподобие рыхлителя статическими скалывате-лями, которые одновременно могут выполнять роль подборщиков (погрузчиков), для последующей непрерывной погрузки отбитого материала на конвейер, как это показано на рис. 4в. Кроме того, эти скалыватели, с большим усилием прижимаемые к породному уступу усилием подачи машины, будут стабилизировать динамическую неуравновешенность, идущую от ударных установок, и при этом будут более активно внедряться в породный уступ под
действием вибрации. Можно также ожидать, что под влиянием вибрации будут снижаться силы трения, возникающие в элементах системы «скалыватель-уступ». Наблюдения за процессом ударного разрушения упруговязкой среды билой с длинномерным ребром показывают, что после удара в монолите образуются балки толщиной А и длиной, равной длине ребра билы, момент сопротивления которых невелик и они легко ломаются при движении билы; при этом отбитая часть массива (элементы разрушенной балки) отбрасываются билой в направлении разрушенного пространства с достаточно высокой скоростью V (рис. 4б, в). Такая схема компоновки рабочего органа машины для поточного дробления горного массива становится подобной установке для ударно-вращательного бурения, у которой наряду с ударным разрушением породы происходит при вращении буровой коронки и статическое разрушение оставшегося ослабленного трещинами слоя скальной породы. Такая компоновка позволяет себе представить конструкцию агрегата для поточного разрушения горного массива любой крепости с последующим непрерывным транспортированием разрушенной горной массы с
производительностью, например, при проходке траншеи шириной 1,5 м и частоте ударов 0,5 удар/сек около 500 м3/час, а при четырех параллельно установленных ударных установках (ширина траншеи 6 м) до 2000 м3/час по породам с сейсмиче-
ской скоростью упругой волны в них во всем диапазоне от 0 до 4,5 км/сек. Вполне очевидно, что производительность агрегата
дет тем выше, чем ниже будет скорость сейсмической волны в массиве т.е. чем меньше будет сопротивляемость массива
рушению. В этом случае появится возможность отказаться от буровзрывных работ на карьерах, разрезах и в строительстве, что должно изменить технологию ведения горных работ, а также пространственную геометрию самих карьеров и разрезов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Справочник «Эксплуатационные характеристики». Фирма Катерпиллер. Издание САТ. США, 1996.
2. Красников Ю.Д, Бурляев А.В. Нетрадиционное средство эффективного безвзрывного разрушения горных пород. Горные машины и автоматика №4, 2002.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Красников Ю.Д. -профессор, доктор технических наук, Московский государственный открытый университет. Гудков В.М. - профессор, доктор технических наук, Московский государственный открытый университет. Шешко Е.Е. - профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет.
© П.Н. Мананников, 2003
УЛ К 621.27
П.Н. Мананников
ВЛИЯНИЕ ЛИСКРЕТНОГО РАЗМЕЩЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛА НА НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПЛИТ ВУЛКАНИЗАЦИОННОГО ПРЕССА
В нагревательных плитах вулканизационного пресса с позисторными нагревательными элементами из-за дискретности установки последних температурное поле является неравномерным. В зависимости от расстояния между позисторами (рис. 1) температура в точках А, В, С... может понизиться до величины, при которой нарушится процесс вулканизации сырой резины и стыковое соединение получается некачественным.
В работе [1] показано, что при весьма несущественных допущениях уравнение стационарного температурного поля нагревательных плит является одномерным, (температура изменяется только вдоль оси X); кроме того, если рассматриваемый участок достаточно удален от краев плиты, то условия теплообмена на нем однородны.
Пусть расстояние между осями соседних позис-
торов в плане равны 21 по оси X и 2 V по оси У .
Тогда вертикальные и горизонтальные линии, занные на рис. 1б являются адиабатами, т.е.
ми, через которые тепловой ток не проходит. В силу одно-ности поля вдоль двух взаимно перпендикулярных осей, можно анализировать степень нерав-мерности температуры вдоль ждой оси отдельно.
На основании закона Ньютона и учитывая тепловой поток от точника тепла, уравнение ционарного температурного поля запишем в виде: для участка [о, ^ ]
d 2t
^Fc~~2 =aB(t - (0 ) + ЧпВ ’
dx
для участка [/^ L] d*t
dx2
№c — = aB(t-10 ), qn = 0,
(1)
(2)
где X - коэффициент теплопроводности материала
плиты; qn - удельный тепловой поток от источника
тепла; В, □ - ширина и толщина плиты; = В * 8 -
площадь поперечного сечения плиты.
Граничные условия для уравнений (1) и (2) следующие
= -Х* = 0
йх
в сечении x = 0
в сечении x =
x — L — /і + /2
jd^
qL = = 0 ’
dx
