Способы разрушения горных пород
Донецкий горный техникум им Абакумова
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
По дисциплине
“Разрушение горных пород”
Автор-составитель: Русаков О.Н..
| ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………. 1. Способы разрушения горных пород …………………………………… 2. Механическое бурение скважин и шпуров ……………………………… 3. Взрыв, характеристики взрывчатых веществ ………………………….. 4. Классификация промышленных взрывчатых веществ ………………… 5. Теория и практика разрушения горных пород взрывом ……………… 6. Параметры буро-взрывных работ ………………………………………. 7. Паспорт буро-взрывных работ. Опытное взрывание ………………….. 8. Средства инициирования зарядов взрывчатых веществ ………………. 9. Методы шпуровых, скважинных, котловых, камерных и накладных зарядов. Контурное взрывание ………………………………………………… 10. Организация взрывных работ в шахте ………………………………….. 11. Проветривание выработок после взрывных работ. Ликвидация отказов 12. Опасные взрывные работы во встречных и параллельных выработках, у склада взрывчатых материалов и в стволе ……………………………………… 13. Взрывные работы в шахтах, опасных по газу и пыли. Водораспылительные завесы …………………………………………………… 14. Сотрясательное взрывание на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа …………………………………………………. 15. Хранение и транспортировка взрывчатых материалов ……………….. 16. Участок буро-взрывных работ: персонал и документация …………… ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………….. Литература ……………………………………………………………………….. Контрольные вопросы по курсу ………………………………………………… |
Введение
В Украине имеются большие запасы угля. Уголь – один из видов энергетического сырья. Это настоящий хлеб промышленности. Возрастает значение угля для химической промышленности (получение серы, пластмасс, красителей, удобрений и др.).
Развитие техники, совершенствование технологии и организации горных работ приводят к коренным изменениям в горной промышленности.
Большие нагрузки на очистные забои требуют повышения скоростей проведения горных выработок до 400 – 500 м/мес. Прохождение горных выработок ведется с помощью комбайнов или буровзрывным способом.
Буровзрывные работы находят все более широкое применение в различных отраслях промышленности. Являясь основным средством отделения от массива и дробления горных пород при добыче полезного ископаемого, буровзрывные работы успешно применяются при строительстве плотин и вышек различного назначения, разведке полезных ископаемых, исследованиях строения земной коры, проходке нефтяных и газовых скважин, в машиностроении (для сварки металлов, упрочнения и штамповки деталей).
В общем технологическом комплексе производственных процессов горного предприятия буровзрывные работы предопределяют производительность добычи угля и в конечном итоге его себестоимость.
Способы разрушения горных пород
1. Разрушение горных пород
2. Понятие о взрыве и взрывчатых веществах
Литература: 1, 2, 3
Разрушение горной породы редставляет собой отделение от массива ее кусков и дробление их до кондиционной крупности. В настоящее время это основной процес технологии добычи твердых полезных ископаемых.
Различают следующие виды разрушения горных пород: механическое, взрывное, гидравлическое, термическое, электрическое, комбинированое и др.
Механическое разрушение – это отделение горных пород от массива или их измельчение путем воздействия породоразрушаещего инструмента (резца, коронки, фрезы, ударника и др.). При этом протекают физические процессы чисто механического разрушения породы рабочим органом: резание, разделывания, скалывание, дробление, сжатие и др. Механический способ разрушения пород широко используют для непосредственной добычи угля, бурения шпуров и скважин.
Взрывное разрушение представляет собой отделение горных пород от массива и перемещение их под действием энергии взрывчатых веществ, размещенных в массиве (в шпурах, скважинах). Взрывной способ разрушения горных пород применяют в породах различной крепости, но наиболее экономичен он в крепких породах, когда другие способы разрушения неэффективны или вовсе применять нельзя.
Гидравлическое разрушение связано с отделением горных пород от массива путем воздействия на него струи воды под високим давлением (>10 мПа). Этой же водой осуществляется и транспортировка горной массы. Гидравлический способ разрушения горных пород применяется при добыче угля и слабых пород.
Термическое разрушение происходит под действием физических полей за счет физико-химических процессов, протекающих под действием высокой температуры без использования породоразрушающих инструментов.
Электрическое разрушение основано на воздействии на горную породу электрической энергии в виде электрического разряда, электромагнитного поля и др.
Комбинированое разрушение основано на использовании комбинации двух видов разрушения (буровзрывное, механогидравлическое и др.).
Взрыв– это процесс быстрого физико-химического превращения вещества, при котором выделяется тепло и большое количество сжатых газов, способных
производить механическую работу по разрушению и перемещению разрушаемых объектов в окружающей среде.
Взрывание представляет собой процесс инициирования зарядов в заданной последовательности способами, обеспечивающими безопасность и эффективность работ.
Зарядсостоит из определенного количества взрывчатых веществ (ВВ), подготовленное к взрыву, с введенным в них инициатором взрывания. Величина (масса) заряда указывается в килограммах или тоннах.
Средство инициирования взрыва (СИ) – это небольшой заряд, инициирующий взрыв промышленных ВВ.
По своей природе взрывы делятся на:
При физическом взрывепроисходит только физическое преобразование вещества (беспламенное взрывание с помощью жидкой углекислоты и сжатого воздуха, взрывы паровых котлов, баллонов со сжиженным газом, электрические разряды и т. п.).
В случае химического взрыва идет чрезвычайно быстрая химическая реакция окисления водорода и углерода с выделением 3,2*10 3 -5,6*10 3 кДж/кг тепла и газов (взрыв метана, угольной или другой органической пыли).
В процессе ядерного взрыва происходит цепная реакция деления и синтеза ядер с образованием новых элементов. В настоящее время реализуется два способа выделения атомной энергии при взрыве. Это превращение тяжелых ядер в более легкие (радиоактивный распад и деление атомных ядер урана и плутония) и образование из легких ядер болеет тяжелых (синтез атомных ядер). Например, при термоядерном взрыве из тяжелого водорода образуется гелий.
Источник
Радел III. Разрушение горных работ рабочими органами.
Тема 5. Классификация методов разрушения горных пород. Сопротивление резанию горных пород. Основные параметры резца. Удельное сопротивление резанию и его зависимость от толщины стружки. Механизм разрушения горных пород сколом и выколом. Тема 6. Система подземной разработки полезных ископаемых. Камерные, столбовые с длинными очистными забоями (лавами) и комбинированные. Комплексы машин для различных систем подземной разработки полезных ископаемых.
Классификация методов разрушения горных пород. Отделение горной породы от массива является основным рабочим процессом горной машины, который определяет количественный и качественный характер проявления внешних нагрузок на ее органе разрушения. Эффективная эксплуатация горной машины возможна только при обоснованных и оптимальных параметрах разрушения горной пароды. Параметры разрушения зависят от физико-механических свойств разрушаемых пород и геометрических параметров породоразрушающего инструмента и в основном определяют усилия резания и подачи, что в итоге дает возможность обоснованно выбрать энерговооруженность горной машины. Чем тщательнее произведен учет всех факторов, оказывающих влияние на формирование нагруженности органа разрушения, тем достовернее результаты всех расчетов горных машин — режимных, силовых, энергетических, прочностных и др.
Процесс разрушения и выемки может быть осуществлен несколькими способами, основные из которых следующие:
При механическом способе породоразрушающий инструмент создает в массиве породы напряжения, превышающие предел прочности и приводящие к ее разрушению. Механическое отделение горной пароды от массива может производиться резанием, ударом или комбинированными способами.
При резании породоразрушающий инструмент, постоянно находясь в контакте с породой и перемещаясь в пространстве с относительно невысокой скоростью (до 5 м/с), разрушает поверхностный слой пароды с груди забоя.
Процесс резания характеризуется достаточно высокой производительностью и невысокой энергоемкостью, но только при оптимальных режимных и геометрических параметрах породоразрушающего инструмента. Отделение горных пород от массива резанием пока экономически целесообразно применять в слабоабразивных (до 15 мг) породах с коэффициентом крепости до 8 по шкапе профессора М. М. Протодьяконова. Объясняется это тем, что при отделении от массива более крепких и абразивных пород резко возрастают затраты на породоразрушающий инструмент и энергозатраты на разрушение породы.
При ударном разрушении породоразрушающий инструмент циклически взаимодействует с породой. Импульсное приложение значительной по величине кинетической энергии ударного механизма вызывает в массиве породы появление предельных напряжений, приводящих к се разрушению. Кратковременность контакта рабочего инструмента с породой и высокая удельная энергия удара позволяют применить этот способ для отделения более крепких и абразивных пород от массива. Однако цикличность процесса разрушения пород обусловливает более низкую производительность этого способа в сравнении с резанием.
Расширить область применения резания, наиболее производительного способа отделения горной породы от массива на сегодняшний день, позволяют комбинированные способы разрушения. Промышленное применение нашел комбинированный способ отделения горной породы от массива, сочетающий резание с одновременным приложением к рабочему инструменту ударной нагрузки.
Гидромеханический или просто гидравлический способ разрушения реализуется воздействием на породу струи или потока жидкости высокого давления, когда порода отделяется от массива напорной струей воды, подаваемой из гидромонитора, или когда порода вместе с водой всасывается земснарядом со дна водоема. Энергоемкость разрушения породы напорной струей составляет 0,4—4 кВт-ч/м 3 , а при работе земснаряда 0,2—2 кВт-ч/м 3
Взрывной способ разрушения массива горной породы основан на ее разрушении давлением газов, образующихся в результате мгновенного горения взрывчатых веществ. Эффективность способов разрушения оценивается, прежде всего, по их энергоемкости. Она зависит как от физико-механических характеристик свойств горных пород, так и способа разрушения, а также качества используемого оборудования. Для механического разрушения удельная энергоемкость колеблется в пределах 0,7 – 6,1 МДж/м 3 , для гидравлического 1,4 – 14,4 МДж/м 3 , взрывного 14,4 – 36 МДж/м 3 .
Комбинированные способы разрушения горных пород, сочетают механические и физические способы отделения горных пород от массива, например, гидравлический способ может комбинироваться с механическим.
К динамическому способу разрушения относятся следующие виды:
вибрационный, когда для разрушения породы создают принудительное вибрирование рабочего органа, что приводит к уменьшению сил внутренних связей пород и соответственно к снижению тягового сопротивления перемещению машины;
ударный, когда разрушение породы производится с помощью ударника, обладающего определенной массой и скоростью, т. е. энергией удара;
высокоскоростной, когда разрушение прочных пород производится с помощью высокоскоростных рабочих органов (скорость резания выше 5 м/с);
импульсный, когда разрушение пород производится с помощью импульсной техники, основанной на применении энергии взрыва в машинах и механизмах. При этом разрушение может производиться жидкими, твердыми и газообразными передающими средами, непосредственно воздействующими на горную породу и реализующими в импульсной форме энергию взрыва.
На горных предприятиях наибольшее распространение получил механический способ разрушения пород — до 85% всего объема горных и земляных работ.
Сопротивление резанию горных пород. При резании в результате воздействия инструмента на породу происходит отделение пограничных слоев разрушаемого массива (стружки при резании слабых пород и частиц при резании хрупких пород).
Рабочий инструмент перемещается обычно в двух направлениях. Одно из них — главное движение со скоростью v, при котором происходит отделение стружки, а другое, при котором изменяется толщина h стружки, является движением подачи. Скорость подачи значительно меньше скорости главного движения.
Значения сил определяются большим числом факторов: свойствами породы; видом реза; толщиной h стружки; шагом резания t (расстоянием между соседними резам; геометрическими параметрами резания (углами резания 5 и др.); скоростями резания vp, подачи vn и др.
С ростом угла резания происходит изменение напряженного состояния (сжатие породы вместо среза), что приводит к повышению силы резания и энергоемкости резания. Рациональное значение угла резания определяется из условия прочности инструмента и составляет, например, для зубьев ковшей экскаватора 5 = 30. 40°, а для буровых резцов, имеющих малые размеры, величина 8 достигает 120° (при отрицательном переднем угле). При значениях заднего угла 6) и абразивностью до 45 мг. Шарошки могут быть дисковыми и с вооружением в виде штырей или зубьев
Для отбойки горных пород механическим способом применяют в качестве породоразрушающих инструментов резцы, долотчатые и штыревые коронки, штыревые и дисковые шарошки. Отбойка некоторого объема породы механическим инструментом при наличии одной свободной поверхности происходит выколом, при наличии более одной свободных поверхностей—сколом. Условия применения резцов для отбойки горных пород следующие:
• по физическим свойствам: отбойка углей, антрацитов, каменной соли с сопротивляемостью резанию до 3 кН/см и горных пород с коэффициентом крепости преимущественно f
Источник
