CC BY
14
© С.П. Тарасов, 2013
УДК 622.235.5 С.П. Тарасов
РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ НЕГАБАРИТОВ
При ведении буровзрывных работ на бортах и дне карьера образуются негабариты, что влияет на производительность карьера и в целом на добычу полезного ископаемого. Одно из решений — это создание комплекса для безопасного разрушения негабаритов.
Ключевые слова: буровзрывные работы, карьер, взрывчатые вешества, негабариты, горно-геологические условия.
При ведении буровзрывных работ независимо от их качества, всегда остается определенное количество негабаритов в зависимости от горно-геологических условий, которое может изменяться от 2—3 до 15-20 % от обшей массы. Стоимость вспомогательных операции по их разрушению может составлять суше-ственную долю в обшей доле себестоимости извлечения горной массы. Во-первых, потому, что даже при небольшом выходе негабарита (2-4 %) карьерам, имеюшим большие объемы скальных работ, ежесуточно приходится перерабатывать сотни кубометров негабаритов, во-вторых, затраты труда и материальных средств на эти цели весьма значительны. При использовании сушествуюших средств разделки негабаритов они составляют от 5 до 10 % к обшей стоимости буровзрывных работ [1]
Эффективность работ по разрушению негабаритов горных пород зависит от многих факторов: размеров, формы и структуры, крепости и твердости, абразивности материала негабарита, положения его в пространстве.
На открытых горных работах используются различные способы дробления негабаритов, в том числе, разрушение электрическим током, механическим воздействием на негабарит, разрушение взрывом и др. (см табл. 1).
В сложившейся ситуации в мире в основном широко используются только два способа разрушения негабаритов, такие как, взрывной способ и способ применения бутобойной техники, остальные типы разрушения на данной стадии развития больше несут научно-исследовательский интерес нежели практический в связи с рядом своих недостатков или невозможности их применения.
Одним из способов повышающих эффективность разрушения негабаритных кусков может быть достигнуто с помошью многофункционального буровзрывного комплекса, позволяю-шей значительно снизить ручной труд. В состав рассматриваемой комплекса входит гусеничный транспортер или базовый автомобиль, на котором расположена кабина водителя с броневой зашитой; кран для подъема и перемеше-ния специального укрытия с длинной
Таблица 1
Классификация методов вторичного дробления негабаритов
Способ
Наименование мето-да разрушения
Используемая энергия
Методы разрушения
Недостатки
Преимущества
Взрывчатые вещества
Механические способы
Электрофизические
Термические
Гидравлические
Акустические
Физико-Химические
Комбинированные
Невзрывной разрушающий состав (НСР)
шпуровые заряды кумклятивные заряды
крановый бугобой гидромолот пневмомолот
токи высокой частоты
тепловой пробой
высоконапорные струи (стационарные и не стационарные)
колебания различной частоты
высокоактивные химические вещества
термомеханических, акустических, механических затвердевание с последующим увеличением объема
энергия ВВ
энергия удара
тепловой эффект
электрогидравлический
концентрированный нагрев
гидроудар
ультразвуковая область частотного спектра химическая реакция
комбинированная
статическое разрушение
взрыв ВВ
раскол негабарита с помощью спец инструмента
тепловой и неравномерный диэлектрический нагрев разрядка батареи конденсаторов на водный
промежуток возникновение термических напряжений
резание тонкой высоконапорной струей воды
создание колебаний
химическое воздействие на породу
комбинированные
внутреннее механическое напряжение
остановка карьера на момент взрыва, пыль,
низкая производительность, быстрое истирание и выход из строя сменного оборудования применим для разрушения полупроводящих пород и диэлектриков, в практике практически не применяются
высокая энергоемкость, применение термобу-
ров ограниченно применяются только для гидроотбойки угля
эффективно только в сочетании с механическими способами малая производительность область их применения ограничена низкая производительность, высокие ограничения использования создание напряжений только до ЗОМПА, низкая скорость затвердевания, сезонность применения
небольшая трудоемкость, возможность массового
взрыва возможна работа на любом участке карьера, не требует остановки карьера
высокая скорость разрушения 1т породы примерно равна 60-70 сек
не дает разлета кусков, и образования вредных газов
возможность разрушать горные породы средней и выше средней крепости —сила удара до 400 МПа удешевление механического способа
сокращение пыли и шумовых факторов
перспективы развития технологии и процессов
разрушения возможность применения в зонах стесненных площадей, вблизи производства и людей.
грызоподъеиные-
Лопотки
II.1 I 1[Л.Ш
Рис. 1. Аэродинамически активное защитное уст' ройсгво
стрелы до 30 м, грузоподъемностью до 10 т; буровая установка на стреле манипулятора, которая обеспечивает подготовку к вторичному взрыванию горных пород, ликвидации старых фундаментов и других строительных конструкций, буровое оборудование, аутригеры, а также аэродинамически активного зашитного устройства (рис. 1) для укрытия мест взрыва негабаритных кусков [2].
При обосновании параметров аэродинамически активных зашитных устройств, рассматривается корпус, в состав которого входят: потолочина и четыре боковые стенки, выполненные в форме решёток аэродинамически обтекаемых листовых лопаток. При этом, необходимо учитывать их взаимодействия с ударной взрывной волной, а так же с разлетаюшимися от взрыва кусками горных пород. При этом решётки лопаток потолочины и боковых стенок следует рассматривать по отдельности, ввиду принципиальных различий их функционального назначения в данной конструкции. Потолочина и четыре боковые
стенки устройства выполнены в виде решеток аэродинамически обтекаемых листовых лопаток. При этом лопатки потолочины установлены под углом не более ± 5 по отношению к направлению ударной взрывной волны, а направление лопаток боковых стенок составляет с ней угол 20-40°. Такая конструкция обеспечивает минимизацию подъемной силы, действующей на данное зашитное устройство, от взрывной волны за счет минимального аэродинамического сопротивления потолочины. При прохождении взрывной волны через боковые стенки за счет расположения лопаток под углом к ударной взрывной волне (УВВ) создается сила, направленная вниз и прижимаюшая устройство к поверхности выработки, обеспечивая его устойчивость. Прочность решетки аэродинамически листовых лопаток при воздействии на них кусков горной породы, разлетаюшихся при взрыве, намного выше, что обеспечивает безопасность проведения взрывных работ. Предусмотрена установка зашитной мелко ячеистой сетки поверх зашитного устройства, что пре-дотврашает разлет мелких кусков раз-летаюшейся горной массы, и служит повышению срока службы зашитного устройства в связи с незначительной деформацией аэродинамических листовых лопаток [3].
Для обеспечения равновесия необходимо (рис. 3), чтобы сумма моментов прижимаюших усилий в левой и правой частях укрытия в рассматриваемом сечении, была равна нулю, т.е.
Рис. 2. Схема действия УВВ на лопатки боковых стенок защитного устройства
Рис. 3. Силы действующие на опрокидывание защитного устройства
Зох&аты пай страло&очныь тросы
щжшщш
у "/9 '/ ^ С\Г /
тра хоЬачные
Рис. 4. Схема устройства страховочных тросов
I м, о) =1N х ■
-I N
-
■ Ь1М - М^ = 0.
Лля удержания защитного устройства от возможного подъема (опрокидывания) внутри устройства дополнительно предусмотрены захваты под страховочные тросы (рис. 4). Стальные тросы проходят под негабаритом и крепятся в четырех внутренних верхних углах конструкции.
Лля снижения полной массы конструкции возможно исполнение корпуса защитного устройства из двух частей и соединяющихся при монтаже проушинами или болтами.
При эксплуатации защитного устройства практически отсутствует разлет кусков взрываемых пород, УВВ ослабевает после прохождения в межлопаточных пространствах защитного устройства, при этом расчетная сейсмоопасная зона на окружающие объекты при взрывании зарядов не превышает 15 метров.
В рамках данного исследования был проведен эксперимент методом компьютерного моделирования. Произведено нагружение каждой из лопаток камеры прижимным усилием, соответствующим предельному допускаемому усилию для принятого материала, исходя из условия прочности на изгиб. Напряжения и прогибы приняты для середины (рис. 5) и защемленных концов лопатки (рис. 6). Зависимость напряжений и прогибов в металле при постоянном давлении УВВ от угла атаки в, полученная при помощи модулей программы, предназначенных для прочностного расчета, представлена в табл. 3 и на рис. 5,6.
Расчет ведется исходя из допускаемых нагрузок для конкретного материала, поэтому все параметры выбраны из дополнительных напряжений по условию прочности и пределу текучести, когда материал работает по закону Гука, т.е. деформация
Рис. 5. Напряжения в сечениях лопаток аэродинамического профиля
Рис. 6. Перемещения в сечениях лопаток аэродинамического профиля
Таблица 3
Зависимость напряжений в частях лопатки от угла наклона лопаток
№ Угол атаки, град 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90
1 Напряжение а, 155 361 712 1040 1338 1594 1802 1960 2049 2081
2 Н/мм2 311 619 1220 1784 2293 2732 3089 3352 3513 3567
1 Прогиб Х,мм 0,77 1,54 3,03 4,43 5,69 6,79 7,66 8,33 8,73 8,86
2 0,06 0,13 0,25 0,37 0,47 0,57 0,63 0,69 0,72 0,73
носит линейную зависимость и после снятия нагрузки остаточных деформаций в материале нет.
При максимальном угле атаки боковых лопаток под углом 90е, когда сила УВВ не создает поднимаюшую
-Напряжения, возникающие в средней части лопатки
-Напряжения, возникающие в защемленных частях
Рис. 7. Зависимости напряжений, возникающих в средней части и защемленных концах лопаток, от угла их наклона
-Прогибы, возникающие в средней части лопатки
-Прогибы, возникающие в защемленных частях лопатки
Рис. 8. Зависимости прогибов, возникающих в средней части и защемленный концах лопаток, от угла их наклона
силу, а напряжения в защемленных концах лопатки максимальные. Сила УВВ действует на сдвижение защитного устройства. При большем угле атаки потолочины возникает подъемная сила, которая является крайне нежелательной для специфики данной конструкции. Также при угле атаки потолочины под углом 90е
не создается прижимная сила, при этом опрокидывающая сила максимальна.
Задавая запас прочности по пределу текучести и увеличивая допускаемую нагрузку, было установлено, что при волновой нагрузке которая распределяется по всей площади аэродинамически активной лопатки,
зашитное устройство в состоянии выдержать многократное повторение максимально допустимых циклов на-гружения.
Совершенствование технических средств для разрушения негабаритов горных пород следует вести на осно-
ве создания специализированных комплексов, обеспечиваюших транспортные, погрузочно-разгрузочные операции, бурение и взрывание, а также зашиту технического персонала карьеров при производстве разрушения негабаритов.
1. Трегубов Н.М. Вторичное дробление горных пород при циклично-поточной технологии добычи. — М., 176. — 209 с.
2. Патент №101540 РФ, МПК Р42Д 5/00. «Зашитное устройство для разрушения негабаритов горных пород», С.А. Ти-мухин, П.И. Тарасов, С.П. Тарасов (РФ). -
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Заявка 05.04.2010; опубликовано 20.01.2011 Бюл.№2
3. Патент №107343 РФ, МПК Р42Д 3/04. «Зашитное устройство для разрушения негабаритов горных пород», С.А. Тимухин, П.И. Тарасов, С.П. Тарасов (РФ). - Заявка 12.01.2011; опубликовано 10.08.2011 Бюл.№22. ДИВ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Тарасов Сергей Петрович — аспирант, tarasov-sergey@yandex.ru, Уральский государственный горный университет.
А
ГОРНАЯ КНИГА
Уголь мира. Том II. Уголь Америки
Б.М. Воробьев 2012 г. 486 с.
ISBN: 978-5-98672-171-2 UDK: 622.33
Настоящее издание — том II монографического сериала «Уголь Мира», в котором рассмотрены вопросы, связанные с добычей, переработкой и использованием угля в странах Западного полушария. Описаны состояние и перспективы развития угольной промышленности стран Северной и Южной Америки. Освещены технические, экономические, экологические и социальные проблемы угледобычи и углепользования. Уделено внимание ресурсной базе угольной промышленности, охране окружающей среды в связи с добычей и использованием угля, а также международной торговле углем. Представлены новые концепции углеэнергетических предприятий будущего на базе чистых угольных технологий.
Для широкого круга научных и практических работников, студентов, слушателей и аспирантов, интересующихся проблемами угольной промышленности и углеэнергетики.
