МЕХАНИЧЕСКОЕ РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД
Под механическим разрушением горных пород принято понимать технологическое отделение от массива и дробление твердого вещества литосферы за счет использования механической энергии.
В современной горнодобывающей индустрии механическое разрушение горных пород производится за счет ударных нагрузок или усилий резания.
На разрушении массива за счет энергии удара основываются основные способы бурения прочных горных пород — ударно-вращательное, ударно-поворотное и шарошечное.
В результате удара инструмента по забою шпура (скважины) кинетическая энергия инструмента (энергия ударного импульса) затрачивается на дробление породы и вытеснение отделившихся частиц из образующейся лунки. Очевидно, чем большая доля энергии затрачивается на поступательное движение инструмента, тем большее значение приобретают удары для разрушения. При ударных способах бурения вследствие принудительного вращения инструмента при последующих ударах разрушаются новые участки забоя скважины.
При ударном и ударно-вращательном способах бурения разрушение породы происходит в основном в результате последовательных ударов инструмента по забою. Инструмент движется возвратно-поступательно и вращается, при этом обеспечивается разрушение породы по всей площади забоя. В машинах ударного бурения, как правило, принудительный поворот инструмента осуществляется только при его возвратном движении, поэтому такие машины иногда называют ударноповортными.
При вращательно-ударном бурении инструмент вдавливается в породу под действием динамических нагрузок, как при вращательном способе.
Бурение шарошечными долотами может быть отнесено к ударному, если разрушение происходит только в результате перекатывания шарошки по забою, и к вращательно-ударному, если, кроме того, наблюдается скольжение зуба шарошки по забою.
Разрушение горных пород за счет усилий резания составляет основу вращательного способа бурения малопрочных горных пород, разработки этих пород экскаваторами непрерывного действия (роторными или многоковшовыми), а также комбайновой и струговой добычи горючих полезных ископаемых — углей и горючих сланцев.
В мировой практике открытых горных работ наиболыпее распространение получили роторные экскаваторы, позволяющие обеспечивать большие усилия копания и высоту уступов. Эти экскаваторы отличаются высоким КПД, относительно небольшим износом элементов рабочего оборудования, универсальностью. Производительность этих экскаваторов колеблется от 200 до 19000 м3/ч при высоте уступов от б до 50 м.
Многоковшовые цепные экскаваторы применяются при разработке относительно мягких горных пород с удельным сопротивлением копанию до 0,6 — 0,7 МПа. Цепные экскаваторы, применяемые на горнодобывающих предприятиях, имеют производительность от 300 — 400 до 6000 м3/ч.
На открытых горных работах широко используются специализированные машины для механического рыхления горных пород. Бульдозеры используются для послойной разработки горных пород с пределами прочности на сжатие до 40 МПа.
Рыхлители на базе мощных промышленных тракторов применяются для безвзрывной подготовки к выемке и погрузке разрабатываемых горных пород с пределом прочности на сжатие до 90 МПа, а также мерзлых и трещиноватых скальных пород.
Колесные скреперы применяются для послойной разработки горных пород с пределами прочности на сжатие до 40 МПа с последующим транспортированием и укладкой этих пород.
Достаточно широко применяется механическое разрушение горных пород в процессе вторичного дробления крупногабаритных кусков, образующихся при взрывном дроблении горного массива.
Для этих целей в крановых бутобоях используют энергию удара падающего груза массой до 3 — 5 т.
Для дробления негабарита созданы также различные типы пневматических и гидропневматических бутобоев, выполняемых либо как стационарные установки на перегрузочных пунктах, либо как навесное оборудование к экскаваторам.
Наиболее широкое применение механического разрушения пород непосредственно на добыче полезных ископаемых имеет место в угледобывающей промышленности.
Эффективность механического разрушения угля зависит прежде всего от его прочности и крепости. Интегральным показателем усилия резания является сопротивляемость угля резанию.
Сопротивляемость угля резанию — характеристика сопротивления, оказываемая углем разрушению режущим инструментом. Показателем сопротивляемости резанию А (кН/см) является приращение силы резания на один сантиметр толщины стружки.
Между сопротивляемостью угля резанию А и коэффициентом крепости / существует корреляционная зависимость вида А = 1,5/.
Угольные пласты с сопротивляемостью резанию до 1,8 кН/см благоприятны для применения стругов; 1,8 — 2,4 кН/см — для обычных комбайнов и стругов отрывного действия с высокой энерговооруженностью; 2,4 — 3,6— для очистных комбайнов высокой энерговооруженности.
Механическое разрушение при добыче угля осуществляется исполнительным органом очистного комбайна. Очистной угольный комбайн — машина, одновременно выполняющая в забое операции по отделению угля от массива, дроблению его до кусков транспортабельного размера и навалке на забойный конвейер. Угольный комбайн как выемочная машина состоит из электродвигателя, подающей части, исполнительного органа, погрузочного устройства и других узлов.
Действие исполнительных органов большинства комбайнов основано на принципе механического разрушения угля. Наиболее эффективными являются такие исполнительные органы, при работе которых в угле возникают растягивающие напряжения без образования объемного напряженного состояния.
Струговая установка — выемочная машина, предназначенная для механической отбойки, погрузки и доставки угля в очистных забоях. Исполнительным органом установки является струг. При движении вдоль забоя прижимаемого к нему струга снимается стружка угля толщиной 100—150 мм. Отбитый таким образом уголь корпусом струга грузится на конвейер. В отече-ственной практике струговые установки распространения не получили.
Механическое разрушение углей и пород при проходке выработок осуществляется исполнительным органом проходческого комбайна. Распространены исполнительные органы с коническими резцовыми коронками или шаровыми фрезами, установленными на стреле.
К механическому способу разрушения по сути своей относится и гидравлическое разрушение.
Гидравлическое разрушение горных пород основано на использовании кинетической энергии струи воды, выбрасываемой из гидромонитора. Считается, что эффективная отбойка происходит при напоре, развиваемом гидромонитором.
Гидравлическое разрушение применяют на открытых работах при разработке наносных отложений (вскрышные работы) и в отдельных случаях при подземной добыче угля. В зависимости от крепости угля применяют гидравлическое, взрывогидравлическое и гидромеханическое разрушение.
Гидромонитор — устройство, служащее для создания (формирования) плотной летящей с большой скоростью водяной струи и управления ею при размыве и отбойке полезного ископаемого или породы.
На шахтах, где осуществляется гидродобыча, для выемки угля и проведения горных выработок применяются гидромониторы, развивающие давление воды 12-16 МПа.
Наиболее широкое распространение гидравлический способ разрушения массивов приобрел при разработке рассыпных месторождений полезных ископаемых.
Кроме этих основных способов разрушения горных пород в той или иной степени готовности к массовому применению находятся разработки по использованию тепловой энергии сред разрушения горных пород за счет эффекта теплового расширения твердых тел. Здесь можно выделить также принципиальные направления:
нагревание породы внешним источником тепла;
нагревание породы за счет электрофизических излучений.
Эти направления представлены единичными экспериментальными работами по созданию специализированного горного оборудования с инфракрасными или высокочастотными излучателями. Полученные результаты, пока только обнадеживают технологов своими дальними перспективами, но не дают оснований для разработки полупромышленных и тем более промышленных установок.
Дата добавления: 2015-07-14 ; просмотров: 6424 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
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
