CC BY
2
УДК 621.936/929
ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ ГОРНЫХ ПОРОД ЩЕКОВЫМИ ДРОБИЛКАМИ
Г. Д. Першин, Е.Г. Пшеничная, И.А. Пыталев, А.И. Курочкин
Щековые дробилки с простым движением подвижной щеки в результате долголетнего применения в горнорудной и строительно-дорожной отраслях отечественной промышленности доказали свои преимущества по надежности и долговечности эксплуатации, обеспечивая при этом низкую себестоимость в процессах крупного и среднего дробления крепких и абразивных горных пород. Однако в производительности цикличного процесса они несколько уступают дробилкам со сложным движением щеки и существенно проигрывают конусным дробилкам непрерывного процесса.
Причиной отмеченного недостатка является несогласованность деформаций разрушения путем статического нормального сжатия кусков горной породы различных поперечных размеров с кинематическим перемещением рабочего инструмента, включающего подвижную и неподвижную щеки, в результате чего разрыв кусков наступает после многоциклового контактного воздействия, что существенно и снижает интенсивность процесса дробления. Повысить производительность в несколько раз и таким образом снизить удельные энергозатраты предложено путем обеспечения необходимой абсолютной деформации разрушения всем кускам в соответствии с их поперечными размерами за один цикл контактного взаимодействия с рабочим инструментом. При этом, совершенствование конструкции дробилок, для достижения поставленных целей, должно осуществляется с учетом требований к выпускаемой продукции. Разработанное высокоэффективное технико-технологическое решение запатентовано (патент РФ №2792424).
Ключевые слова: щековая дробилка, дезинтеграция горных пород, рудоподго-товка, конусная дробилка, простое движение щеки.
Введение
Процессы добычи и переработки минерального сырья включают различные способы дезинтеграции горных пород, которые и формируют сквозную технологию рудоподготовки на горных предприятиях, а также на предприятиях строительных материалов, химической и угольной промышленности. Из всех операций рудоподготовки, осуществляемых на обогатительных фабриках, дробление и измельчение наиболее дорогие, так как на их долю приходится до половины капитальных затрат при строительстве, а при эксплуатации затрачивается свыше половины суммарной электроэнергии. Удельный расход электроэнергии на дробление и измельчение колеблется от 7 до 20 кВт*ч. на тонну руды [1, 18].
В связи с мировым промышленным прогрессом и возрастающими объемами переработки ископаемого сырья, техника и технология крупного и среднего дробления, начиная с появления щековых (1858 г.) и конусных (1890 г.) дробилок по настоящее время совершенствуется на основе изуче-
ния условий определяющих их производительность разрушения прочных материалов [1], что является на ближайшее время главным направлениями в интенсификации процессов дробления. Немаловажную роль при конструктивном совершенствовании существующих машин составляет учет разных требований к конечному продукту [2, 21].
Общий объем добычи и переработки горной массы по черной и цветной металлургии, а также по нерудной промышленности превышает 2 млрд. т. Значительная часть горной массы подвергается дезинтеграции на щековых дробилках, которыми оснащены тысячи предприятий горнообогатительного и дорожно-строительного производств [3]. В практике отечественного горного машиностроения нашли широкое применение ще-ковые дробилки с кинематической схемой простого и сложного движения подвижной щеки.
Детальный анализ преимуществ и недостатков дробилок с простым и сложным движением щеки приведены в работах [4, 5], результаты которых базировались на комплексных исследованиях научного и практического направлений ВНИИстройдормаша. В основу технико-технологических показателей сравнительной оценки работы дробилок была принята траектория подвижной щеки, определяемой кинематической схемой дробилок. В исследованиях выяснилась связь влияния кинематики на такие важные эксплуатационные показатели как производительность и степень дробления, при этом было установлено, что производительность дробилок со сложным и простым движением всегда увеличивается при увеличении хода сжатия в верхней части камеры дробления, а степень дробления всегда увеличивается с ростом хода в нижней части камеры. Так, производительность на единицу хода сжатия увеличивается на 15 %, а степень дробления увеличивается на 25 % у дробилок со сложным движением по сравнению с дробилками с простым движением щеки. Кроме того, к преимуществам дробилок со сложным движением щеки по сравнению с простым, относят конструктивную простоту, компактность и меньшую металлоемкость, что широко используется в мобильных установках. Существенным недостатком дробилок со сложным движением щеки являются высокие удельные энергетические затраты на дробление и высокие нагрузки на эксцентриковый вал. Отмеченные показатели и параметры в 3 - 5 раз превышают аналогичные по сравнению с дробилками, реализующими простое движение щеки.
Тангенциальные силы, действующие вверх и вниз по дробящей плите, весьма значительны и они определяют увеличение дополнительных энергетических затрат, связанных с абразивным износом рабочего инструмента и потерями на трение, когда образуется существенное тепловыделение в узлах дробилок со сложным движением щеки. В свою очередь износ дробящих плит определяет их расход и таким образом себестоимость процесса дробления, которая на 13...39 % состоит из затрат, обусловленных
приобретением и заменой дорогостоящего расходного инструмента [6,7]. Дополнительные энергетические затраты, в связи с систематическим ежегодным повышением тарифов, в условиях рыночной экономики также существенно повышают себестоимость дробления. Как видим, отмеченное выше некоторое повышение производительности щековых дробилок со сложным движением щеки достигается существенным повышением себестоимости продукции. В данном случае более детальный анализ цены повышения производительности, необходимо осуществлять показателем удельных энергетических затрат, определяемых согласно выражения Луд=Ыдр/Пдр (Ар - мощность дробления, кВт; Пдр - производительность дробилки, т/час), но это тема отдельного самостоятельного исследования. Что касается силовых преимуществ кинематической схемы с простым движением щеки: когда ее качание осуществляется от кривошипно-шатунного механизма, который обеспечивает максимум контактного давления на дробимые куски горной породы при минимуме усилий на эксцентриковый узел, не дает ни одна из рассмотренных 30 кинематических схем в классификации Клушанцева Б.В. [5, 19]. Поэтому более рационального механизма, приспособленного для условий дробления прочных и абразивных пород, чем дробилки с простым движением подвижной щеки как показала практика ее долголетнего применения, до сих пор не предложено.
Таким образом, щековые дробилки с простым движением щеки, обладая рядом преимуществ конструктивного исполнения, которые обеспечили им высокие показатели по надежности и долговечности эксплуатации, наряду с низкой себестоимостью выпускаемой продукции, не заняли достойного, конкурентоспособного положения в стадиях процесса крупного и среднего дробления по причине не высокой производительности уступающей по величине щековым дробилкам со сложным движением щеки, а также конусным дробилкам. Причиной отмеченного недостатка является несогласованность деформаций разрушения путем статического сжатия кусков горной породы различных поперечных размеров с кинематическим перемещением рабочего инструмента, включающего подвижную и неподвижную щеки. Возможность повышения производительности может быть достигнута за счет непринципиальных изменений существующей высокоэффективной в силовом отношении конструкции. Комплексные исследования в данном направлении проводятся на кафедре горных машин и транспортно-технологических комплексов ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им Г.И. Носова», начиная с 2013 года. Предметом исследований теоретического и экспериментального характера является следующие направления:
разработка теоретических основ процесса дробления на основе квазистатических положений [8];
- разработка методов расчета энергосиловых показателей статического разрушения горных пород при дроблении [9];
- проведение проектных исследований аналитической взаимосвязи кинематических и конструктивных параметров для обоснования рационального конструирования привода рабочего инструмента и размеров камеры дробления [10];
- разработка методологии проектной оценки повышения эффективности процесса дезинтеграции на основе моделирования формирования гранулометрии кусков горной породы в объеме камеры дробления [11, 20];
разработка методики прогнозной оценки удельного расхода дробящих плит на основе энергетической теории поверхностного разрушения путем абразивного износа в зависимости от формы контактных поверхностей [12 - 14].
Основой всех отмеченных выше направлений проводимых исследований является созданная гранулометрическая модель образования и расположения кусков различного размера а объеме камеры дробления [10]. С учетом данной модели была разработана методика расчета рабочего процесса одностадийного дробления горных пород, как упруго-хрупких твердых тел включающая:
- энергосиловые закономерности расчета статического раскола отдельного куска;
- уравнивание объемного (весового) баланса дробимого материала до и после единичного акта силового воздействия рабочего инструмента на кусок;
- геометрическую схему расположения в камере дробления кусков различного поперечного размера по горизонтальным и вертикальным слоям в зависимости от количества актов силового воздействия на них, т.е. степени одностадийного дробления;
- взаимосвязь гранулометрического состава кусков породы, степени их дробления и размеров камеры дробилки.
Основная часть
В соответствии с заявленной целью проведен аналитический анализ технико-технологических возможностей дробилок с простым движением щеки, чтобы в дальнейшем наметить пути их совершенствования. Основное конструктивно-кинематическое условие одностадийного процесса дробления подвижной щекой с простым маятниковым движением и верхним подвесом имеет вид
В = С + , (1)
где В=Д1/1о - ширина выходной щели, м. (Д1 - условный диаметр исходного куска, м; 10 - степень одностадийного дробления); С - величина сближения щек в нижней части камеры дробления, м; 8н - ход сжатия в нижней части камеры, м.
Для раскрытия зависимости (1) через конструктивно-кинематические параметры воспользуемся результатами работ [8,10], которыми установлено:
= ; (2)
5 к.щ.+1
S = Sв (1 + 0,5Д / Н0); (3)
Н 0 =-Н-; (4)
К.щ. ■
Нн = /ог • Д, (5)
где Se - ход сжатия в верхней части камеры, м; Si - ход сжатия щеки на уровне исходного куска, м; кпщ=Нпр/Н0 - конструктивный коэффициент для существующих дробилок кп.щ.= 4-5, (Нп.р. - высота рабочей части подвижной щеки, м; Н0 - длина подвеса подвижной щеки, м); а = 14-160 угол наклона подвижной щеки к неподвижной щеки (угол захвата); Нн - высота неподвижной щеки, м; fo- функционал одностадийного процесса дробления, зависящий от среднего значения частной степени и количества актов силового разрыва куска от его исходного размера до конечного.
С учетом выражений (2) - (5) окончательно уравнение (1) запишется в виде
д - i с 0,5 ■ к • cos(a)
S = ^ ^ .(1 + ^-ПпЩ-■—-). (6)
Ф + кп.щ.) f0 i
Маятниковое движение подвижной щеки с верхним ее подвесом предопределяет и закономерность деформаций сжатия кусков по высоте камеры таким образом, что крупные куски верхнего (первого) ряда получают в несколько раз меньшую деформацию, чем меньшие по размеру куски нижнего ряда, так SH/Se=5...6. Поэтому повышение производительности существующих стандартных дробилок будем оценивать с позиции возможности увеличения деформации сжатия в верхних рядах камеры дробления, согласно полученному уравнению (6). При этом необходимо принимать во внимание различные требования к выпускаемой продукции в зависимости от ее назначения. И если требования высокой производительности при низком удельном энергопотреблении процессов дробления присущи всем дробилкам независимо от конструктивного исполнения согласно их стадийности, то условие ресурсосбережения природного сырья относится к продукции регламентированной жестким требованием фракционированной поставки готового продукта. Так, для получения строительно-дорожного щебня и гравия различной крупности, ГОСТом 8267-93 предусматриваются 6 фракций размером от 5 до 80 мм. Требования поставки горных пород (кварцитов) определенной фракции предъявляются в производстве ферросплавов, где возникает необходимость в переработке больших масс шихтовых материалов, качество которых в значительной
степени определяет технико-экономические показатели технологического процесса плавления в электропечах. В схеме рудоподготовки данный показатель не фигурирует, так как подготовка полезного ископаемого непосредственно к операциям обогащения предусматривает несколько стадий дробления, включая измельчение до размеров ценных минералов. То, что является попутно получаемой мелочью (отсевом) при дроблении строительных горных пород, которая вывозится в отвалы, для процессов рудо-подготовки это полуфабрикат либо товарная продукция для обогащения. Исходя из отмеченных противоположных требований по крупности дробимого материала в качестве готового продукта, необходимо осуществлять и настройку выпускаемой щели дробилки.
Целью процессов рудоподготовки на стадии крупного дробления с помощью щековых дробилок является при предельно возможной производительности обеспечить максимально возможную степень дробления, что достигается параметрами настройки выпускной щели, устанавливаемыми из условий С—>0, тогда из уравнений (1) и (6) имеем
г кщ • cos(a) 1 + 0,5-п щ V 7
S max _
1 _-n
Д1
Y1 + k
\ 1
В
п . щ
)
fo
0i
(7)
S
H-
где SH =l
1 - 4Jr l
V r
- ход щеки в нижней части камеры, обуслов-
ленный конструктивными параметрами ее привода от кривошипно-шатунного механизма (/р - длина передней распорной плиты, м; гкр - радиус кривошипа, м); /0"ах = Д / Бн.
Так как регулировка разгрузочной щели осуществляется за счет изменения длины передней распорной плиты, то в рассматриваемом случае /Р = /™ах. Угол наклона щеки в ее исходном положении а, а также угол
размаха Да, коэффициента кп.щ ., функционал /о, параметры /р и гщ это взаимосвязанные в той или иной степени конструктивно технологические характеристики, рациональные значения которых, определялись в работах [8, 10], а также настоящими исследованиями. Повышение технико-экономических показателей работы существующих щековых дробилок на стадии крупного дробления при рудоподготовке возможно только на основе отмеченной рационализации.
В отличие от процессов рудоподготовки на стадии крупного дробления, где производительность и степень дробления предопределены типоразмером щековой дробилки, при производстве фракционированной продукции производительность определяется степенью дробления, т.е. размером выпускаемой фракции и ее допустимого интервала. В последнем случае, каждый раз согласно заданной фракции, необходимо производить
новую настройку размера выходной щели, которую от минимально-возможной величины, характерной конкретному типоразмеру дробилки Втт = Бн, увеличивают на величину параметра С, связанного с длиной
настроечного элемента, т.е. длиной передней распорной плиты /р. Согласно формуле (6), увеличение ширины разгрузочного проема за счет увеличения параметра С, автоматически несколько снижает деформацию сжатия кусков верхнего ряда и таким образом производительность процесса.
Рассмотренные взаимосвязи конструктивно-технологических параметров в рамках используемой кинематической схемы, дают возможность сделать рекомендации и предложения в целом, повышающие эффективность эксплуатационных показателей, но этого недостаточно для существенного повышения производительности дробилок цикличного действия - щековых до уровня дробилок непрерывного действия - конусных. Причина кроется в механизме разрушения кусков в камере щековой дробилки. Разрушение происходит за счет деформаций сжатия, обусловленных кинематикой приводного механизма подвижной щеки. Усилия возникают как реакция сопротивления разрушению, а энергия разрушения есть результат работы сил и деформации. Особенность механизма разрушения горных пород, как прочных упруго-хрупких тел, в различных технологических процессах добычи и переработки заключаются в том, что все они имеют стадии локального поверхностного и объемного разрушения. Процесс дробления включает обе стадии деформационного воздействия, т.е. локальное поверхностное разрушение при контактном взаимодействии дробящих плит с кусками и объемное, когда происходит их разрыв на две или более частей. Величина локальной деформации определяется формой поверхности кусков, а деформация разрыва объемом кусков. По физической сущности стадия локального разрушения отличается от объемного по величине, в первом случае деформация на порядок выше, чем во втором, а это означает что, не обеспечив необходимую по величине деформацию локального разрушения, нельзя реализовать стадию объемного разрушения. Предельное значение локальной деформации должно обеспечить образование устойчивых площадок контакта куска с рабочим инструментом. Применительно к щековым дробилкам с кинематической схемой маятникового типа это означает, что крупные по объему куски верхних рядов камеры, в силу малой деформации локального разрушения от единичного цикла контактного воздействия, подвергаются многоцикловому (10... 15 циклов) поверхностному воздействию рабочего инструмента. При этом, суммируясь при каждом воздействии, локальная деформация достигает той необходимой величины, при которой наступает объемное разрушение кусков горной породы.
Многоцикловое поверхностное диспергирование и является основной причиной низких показателей по производительности анализируемого процесса дробления. Повысить производительность существующих дроби-
лок с простым движением щеки и верхним ее подвесом, широко применяемых в горнорудной и строительно-дорожной отраслях отечественной промышленности, как следует из результатов проводимых исследований в институте горного дела и транспорта ФГБОУ ВО «МГТУ им Г.И. Носова», предложено путем обеспечения необходимой абсолютной деформации разрушения всех кусков, расположенных по горизонтальным рядам камеры дробления в соответствии со своими поперечными размерами за один цикл контактного взаимодействия с рабочим инструментом. Такой предельный силовой режим работы дробилки возможен только в том случае, если сближение щек осуществлять по кинематической закономерности, обеспечивающей каждому горизонтальному ряду кусков, расположенных по высоте камеры, линейную деформацию сжатия, приводящую к их разрыву на две половины в результате однократного силового воздействия. Данное научное положение и легло в основу формулы изобретения запатентованного ресурсосберегающего высокопроизводительного способа дезинтеграции кусков горной породы [17, 22]. При этом в зависимости от требований к конечной продукции, предложены конструктивно-кинематические схемы реализации разработанного способа, применительно к дробилке с простым движением щеки и верхним ее подвесом.
По предложенному способу производительность дробления оценивается так:
в процессе рудоподготовки ПГ М = 60 • У1 • п™;
в процессах производства фракционированной продукции ПФП = ПГМ (1 - кш) , где V1 - исходный объем горной массы, м3; п™- оптимально число оборотов кривошипа, об/мин; кш - величина относительных потерь на мелочь (отсев), характеризующая одностадийный процесс дробления.
Следствием достижения предельно возможной (максимальной) производительности будет снижение удельной потребляемой энергии, т.е. энергоемкости процесса дробления, которая в данном случае минимизируется. При этом понизятся и объемы попутно образующейся мелочи в виде отсева в процессах производства фракционированной продукции.
В качестве примера приведем расчетные данные по производительности процесса среднего дробления (дробилка ЩДП-4х6: Дтах=Д1=320 мм). Оптимальное число оборотов кривошипа, рассчитанное согласно запатентованному способу для данного типоразмера дробилки п°"р = 185 об/мин. Расчетная производительность процесса рудоподготовки составит
ПГМ = 60—(0,32)3 • 185 = 190,2м3/ч. (8)
' ' 6
Определение расчетной производительности фракционированной продукции требует установление коэффициента потерь на попутную ме-
лочь (отсев) в результате одностадийного дробления. Аналитическим путем для гладких дробильных плит эта задача детально рассмотрена в работе [15], в случае применения рифленых дробильных плит с различным радиусом рифления потери на мелочь определялись экспериментально по разработанной методике, моделирующей условия одностадийного дробления горной породы [16]. В результате было установлено, что суммарные потери кондиционной продукции необходимо оценивать по актам контактного взаимодействия каждого горизонтального ряда кусков одинакового размера. При этом, суммарные потери могут составить 30 % и более в зависимости от количества актов взаимодействия (степени дробления) и размера исходного куска. Численное значение производительности фракционированной продукции для рассматриваемого примера (кш =0,25)
определяем по зависимости
Пф. П. = 190,2 • (1 - 0,25) = 142,7 м3/ч. (9)
Заявленная паспортная производительность щековой дробилки типа ЩДП-4х6 составляет П=15 м3/ч, что говорит о порядковом превосходстве запатентованного способа дезинтеграции горных пород [2].
Заключение
Детальный анализ взаимосвязей конструктивно-технологических параметров на основе кинематики приводного механизма рабочего инструмента дробилок с простым движением щеки с учетом физики поверхностно-объемного разрушения кусков горной породы, позволил:
- обосновать причины низкой производительности существующих дробилок данного конструктивного исполнения;
- существенно повысить производительность и, таким образом, снизить удельные энергозатраты, широко применяемых в горнорудной и строительно-дорожной отраслях отечественной промышленности щековых дробилок путем обеспечения необходимой абсолютной деформации разрушения всем кускам в соответствии с их поперечными размерами за один цикл контактного взаимодействия с рабочим инструментом.
Совершенствование конструкции дробилок для достижения поставленных целей должно осуществляться с учетом требований к выпускаемой продукции.
Список литературы
1. Тангаев И.А. Энергоемкость процессов добычи и переработки полезных ископаемых. М.: Недра, 1986, 231с.
2. Щековые дробилки. Методы расчета и особенности эксплуатации / Б.В. Клушанцев [и др.]. М.: ВНИИстройдормаш, 1972, 85 с.
3. Олевский В. А. Конструкция, расчеты и эксплуатация дробилок. М.: Металлургиздат, 1958, 459 с.
4. Андреев С.Е., Зверевич В.В., Перов В.А. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. М.: Недра, 1965. 395 с.
5 Клушанцев Б.В., Косарев А.И., Муйземнек Ю.А. Дробилки. М.: Машиностроение, 1990, 319 с.
6. Ксенофонтов С.П. Исследование износостойкости деталей дробильных машин, отлитых из высокомарганцевой стали. М.: ЦНИИТэст-роймаш, 1968, 175 с.
7. Логак Л.И., Волчек В.И. Определение расхода дробящих плит щековых дробилок // Горный журнал, 1967. №8. 15 с.
8. Першин Г.Д., Мамедалина Н.И., Кузбаков Ж.И. Энергосиловой метод расчета статического разрешения горных пород при дроблении // Cб. науч. тр. «Добыча, обработка и применение природного камня». Магнитогорск: МГТУ, 2018. Вып. 18. С.183-194.
9. Першин Г.Д., Пшеничная Е.Г., Кузбаков Ж.И. Определение энергозатрат при разрушении щековой дробилкой кусков шаровой формы упругохрупкого тела // Сб. науч. тр. «Добыча, обработка и применение природного камня». Магнитогорск: МГТУ, 2019. Вып. 19. С. 107-114.
10. Методика расчета кинематических и конструктивных параметров щековой дробилки с верхним подвесом подвижной щеки для дезинтеграции горной породы / Г.Д. Першин [и др.] // Cб. науч. тр. «Добыча, обработка и применение природного камня». Магнитогорск: МГТУ, 2020. Вып. 20. С. 36-43.
11. Першин Г.Д., Пшеничная Е.Г., Кузбаков Ж.И. Численный пример расчета геометрических и конструктивный параметр рабочей камеры щековой дробилки. // Сб. науч. тр. «Добыча, обработка и применение природного камня». Магнитогорск: МГТУ, 2020. № 20. С. 43-50.
12. Кольга. А.Д., Айбашев Д.М. Возможности снижения нагрузок в щековых дробилках // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им Г.И. Носова. 2013. № 4. 77-80 с.
13. Айбашев Д.М, Кольга А. Д. Снижение нагрузок в щековых дробилках путем изменения формы выступов дробящих плит // Горное оборудование и электромеханика. 2014. № 11. С. 15-19.
14. Абразивный износ рабочего инструмента щековых дробилок. / Г.Д. Першин [и др.] // Cб. науч. тр. «Добыча, обработка и применение природного камня». Магнитогорск: МГТУ, 2019. Вып. 19. С. 123-131.
15. Першин Г. Д., Пшеничная Е.Г., Кузбаков Ж.И. Механизм поверхностного трещинообразования при контактном воздействии на дробимые куски твердого упругохрупкого тела // Сб. науч. тр. «Добыча, обработка и применение природного камня». Магнитогорск: МГТУ, 2018. № 18. С.195-207.
16. Першин Г.Д., Пшеничная Е.Г., Кузбаков Ж.И. Исследование по определению энергосиловых показателей и количества образующейся ме-
лочи при разрушении образцов кварцита различного размера в зависимости от конструкции рабочего инструмента.
17. Ресурсосберегающий высокопроизводительный способ дезинтеграции кусков горной породы и щековая дробилка для его осуществления: пат. №2792424 РФ. Опубл. 22.03.2023. Бюл. № 9.
18. Altshul, G. M., Gouskov A. M., Panovko G. Y. Modeling of the Interaction between a Rock Being Processed and a Vibratory Jaw Crusher // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2021. Vol. 50. No. 1. P. 26-33. DOI 10.3103/S1052618821010052. EDN TRXRSX.
19. Investigation of the jaw crusher operation with backlash eliminators / A. G. Nikitin, A. V. Abramov, I. A. Bazhenov, V. V. Dorofeev // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Novokuznetsk, Virtual, Novokuznetsk, Virtual, 2021. P. 012025. DOI 10.1088/1755-1315/823/1/012025. EDN XAIQOJ.
20. Altshul G., Gouskov A., Panovko G. Nonlinear dynamics of a jaw crusher taking into account the interaction with the rock // Proceedings of the 14th International Conference on Vibration Problems: ICOVP 2019. Singapore: Springer, 2021. P. 539-555. DOI 10.1007/978-981-15-8049-9_34. EDN JSGUPA.
21. Iusupov G. A., Beloglazov I. I., Feoktistov A. J. DEM simulation of the jaw crusher with complex motion jaws // IMPC 2018 - 29th International Mineral Processing Congress, Moscow, 17-21 сентября 2018 года. Moscow: Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum, 2019. P. 3381-3391. EDN WUFUCS.
22. Philosophy of technical equipment improvement as exemplified by a jaw crusher / A. S. Vasilev [et al.] // Indian Journal of Science and Technology. 2016. Vol. 9. No. 46. P. 107536. DOI 10.17485/ijst/2016/v9i46/107536. EDN YUVOCD.
Першин Геннадий Дальтонович, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова,
Пшеничная Елена Геннадьевна, канд. техн. наук, ст. препод., [email protected], Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова,
Пыталев Иван Алексеевич, д-р техн. наук, проф., директор института, vehicle@,list.ru, Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова,
Курочкин Антон Иванович, канд. техн. наук, зав. кафедрой, [email protected], Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
WAYS TO INCREASE THE EFFICIENCY OF ROCK DISINTEGRATION
BY JAW CRUSHERS
G.D. Pershin, E.G. Pshenichnaya, I.A. Pytalev, A.I. Kurochkin
Jaw crushers with a simple movement of the movable jaw as a result of long-year use in the mining and construction and road industries of the domestic industry have proven their advantages in the reliability and durability of exploitation, while ensuring low cost in the processes of large and medium crushing of strong and abrasive rocks. However, in the performance of a cyclic process, they are somewhat inferior to crushers with complex cheek movement and significantly lose to cone crushers of a continuous process.
The reason for the noted drawback is the inconsistency of the fracture deformations by the static normal compression of rock pieces of various transverse dimensions with the kinematic movement of the working tool including the movable and stationary cheeks, as a result of which the rupture of the pieces occurs after a multi-cycle contact action, which significantly reduces the intensity of the crushing process. It is proposed to increase the productivity several times and thus reduce the specific energy consumption by providing the necessary absolute deformation of the destruction to all pieces in accordance with their transverse dimensions in one cycle of contact with the working tool. At the same time, the improvement of the design of crushers, in order to achieve the set goals, must be carried out taking into account the requirements for the products. The developed highly efficient technical and technological solution is patented (patent of the Russian Federation No. 2792424).
Key words: jaw crusher, rock disintegration, ore mining, cone crusher, simple cheek movement.
Pershin Gennady Daltonovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Magnitogorsk, Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov,
Pshenichnaya Elena Gennadievna, candidate of technical sciences, senior lecturer, pshenichna-ya_e@,mail. ru, Russia, Magnitogorsk, Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov,
Pytalev Ivan Alekseevich, doctor of technical sciences, professor, director of the institute, vehi-clealist. ru, Russia, Magnitogorsk, Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov,
Kurochkin Anton Ivanovich, candidate of technical sciences, head of chair, a. kurochkin@magtu. ru, Russia, Magnitogorsk, Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov
Reference
1. Tangaev I. A. Energy intensity of the processes of extraction and processing of minerals. M.: Nedra, 1986, 231s.
2. Jaw crushers. Calculation methods and features of operation / B.V. Klushantsev [et al.]. M.: Vniistroydormash, 1972, 85 p.
3. Olevsky V.A. Design, calculations and operation of the shot. M.: Metallurgizdat, 1958, 459 p.
4. Andreev S.E., Zverevich V.V., Perov V.A. Crushing, crushing and screening of minerals. M.: Nedra, 1965. 395 p.
5 Klushantsev B.V., Kosarev A.I., Muyzemnek Yu.A. Crushers. M.: Mashi-nostroenie, 1990, 319s.
6. Ksenofontov S.P. Study of wear resistance of parts of mobile machines cast from high-manganese steel. M.: Tsniitest-roymash, 1968, 175 p.
7. Logak L.I., Volchek V.I. Determination of the consumption of crushing plates of jaw crushers // Mining Journal, 1967. No.8. 15 p.
8. Pershin G.D., Mammadalina N.I., Kuzbakov Zh.I. scientific research. Extraction, processing and application of natural stone. Magnitogorsk: MSTU, 2018. Issue 18. pp.183194.
9. Pershin G.D., Pshenichnaya E.G., Kuzbakov Zh.I. Determination of energy consumption during the destruction of spherical pieces of an elastic-brittle body by a jaw crusher // Sb. scientific. tr. Extraction, processing and application of natural stone: Magnitogorsk: MSTU, 2019. Issue 19. pp. 107-114.
10. Methodology for calculating kinematic and constructive parameters of a jaw crusher with an upper suspension of a movable cheek for disintegration of rock / G.D. Pershin
[et al.]//?|^. scientific tr. Do-bycha, processing and application of natural stone: Magnitogorsk: MSTU, 2020. Issue 20. 36-43 p.
11. Pershin G.D., Pshenichnaya E.G., Kuzbakov Zh.I. A numerical example of calculating the geometric and constructive parameters of the working chamber of a jaw crusher. // Collection of scientific tr. Extraction, processing and application of natural stone. Magnitogorsk: MSTU, 2020. No. 20. 43-50 p.
12. Kolga. A.D., Aybashev D.M. Possibilities of reducing loads in jaw crushers // Bulletin of the Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov. 2013. No. 4. 77-80 p.
13. Aybashev D.M., Kolga A.D. Reducing loads in jaw crushers by changing the shape of the protrusions of crushing plates // Mining equipment and electromechanics, 2014. No. 11. 15-19 p.
14. Abrasive wear of the working tool of jaw crushers. / G.D. Pershin [et al.]// scientific. tr. Extraction, processing and application of natural stone. Magnitogorsk: MSTU, 2019. Issue 19. 123-131 p.
15. Pershin G.D., Pshenichnaya E.G., Kuzbakov Zh.I. The mechanism of surface cracking under contact action on vulnerable pieces of a solid elastic-brittle body // Sb. nauch. tr. Mining, processing and application of natural stone. Magnitogorsk: MSTU, 2018. No. 18. pp.195-207.
16. Pershin G.D., Pshenichnaya E.G., Kuzbakov Zh.I. A study to determine energy-strength indicators and the amount of forming fines during the destruction of quartzite samples of various sizes, depending on the design of the working tool.
17. Resource-saving high-performance method of disintegrating pieces of rock and a jaw crusher for its implementation: patent No. 2792424 of the Russian Federation. Publ. 03/22/2023. Issue No. 9.
18. Altshul, G. M., Gouskov A. M., Panovko G. Y. Modeling of the Interaction between a Rock Being Processed and a Vibratory Jaw Crusher // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2021. Vol. 50. No. 1. P. 26-33. DOI 10.3103/S1052618821010052. EDN TRXRSX.
19. Investigation of the jaw crusher operation with backlash eliminators / A. G. Nikitin, A. V. Abramov, I. A. Bazhenov, V. V. Dorofeev // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Novokuznetsk, Virtual, Novokuznetsk, Virtual, 2021. P. 012025. DOI 10.1088/1755-1315/823/1/012025. EDN XAIQOJ.
20. Altshul G., Gouskov A., Panovko G. Nonlinear dynamics of a jaw crusher taking into account the interaction with the rock // Proceedings of the 14th International Conference on Vibration Problems: ICOVP 2019. Singapore: Springer, 2021. P. 539-555. DOI 10.1007/978-981-15-8049-9_34. EDN JSGUPA.
21. Iusupov G. A., Beloglazov I. I., Feoktistov A. J. DEM simulation of the jaw crusher with complex motion jaws // IMPC 2018 - 29th International Mineral Processing Congress, Moscow, 17-21 сентября 2018 года. Moscow: Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum, 2019. P. 3381-3391. EDN WUFUCS.
22. Philosophy of technical equipment improvement as exemplified by a jaw crusher / A. S. Vasilev [et al.] // Indian Journal of Science and Technology. 2016. Vol. 9. No. 46. P. 107536. DOI 10.17485/ijst/2016/v9i46/107536. EDN YUVOCD.
УДК 622.834: 622.224
ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ И БЕЗОПАСНЫХ УСЛОВИЙ СДВИЖЕНИЯ ПОРОДНОГО МАССИВА ПРИ ОТРАБОТКЕ АНТРАЦИТОВЫХ ПЛАСТОВ
Д. В. Пронский, Л. А. Чепурная
По фактическим данным сдвижения породного массива теоретическими исследованиями установлены параметры очистных выработок, при которых процессы сдвижения подработанных пород не распространяются до земной поверхности. Доказано, что при отработке антрацитовых пластов и средней глубине ведения очистных работ 690 м процессы сдвижения подработанных пород достигают земной поверхности при втором размере выработки, равном 140 м. Это позволяет обеспечить безопасность для земной поверхности при длине лавы менее 140 м. При глубине залегания антрацитовых пластов более 1000 м возможна безопасная подработка земной поверхности одиночными лавами длиной 250 м.
Ключевые слова: антрацитовый пласт, разработка, породный массив, сдвижение, экспоненциальная зависимость, параметры, безопасность поверхности.
Введение. Разработка угольных пластов приводит к изменению напряженно-деформированного состояния горных пород, которое проявляется в образовании зоны сдвижения в породном массиве и на земной поверхности. Значительные сдвижения и деформации горных пород и земной поверхности (оседания, наклоны, кривизна, горизонтальные сдвижения, горизонтальные деформации) могут вызвать повреждения в объектах, увеличение водо- и газопроницаемости пород над выработанным пространством, изменение гидрогеологического режима поверхностных и грунтовых вод, активизацию оползневых процессов и др.[1].
Степень развития очистных работ при выемке угольных пластов в значительной мере определяет параметры сдвижения породного массива и земной поверхности. От достоверного определения этих параметров зави-
