Автор работы: Пользователь скрыл имя, 26 Января 2013 в 17:02, лекция
Основной целью открытых горных работ является разработка месторождений полезных ископаемых. Способ разработки месторождений полезных ископаемых с применением открытых горных работ называется открытым способом.
В режуще-шарошечном буровом инструменте объединены режущее и шарошечное долота. Испытания такого бурового инструмента показали, что в породах с показателем IIg < 10 он обеспечивает более
высокую скорость бурения, чем шарошечное долото.
Принцип термомеханического бурения состоит в том, что порода в забое скважины предварительно нагревается, а затем разрушается с помощью различных долот.
К новым способам бурения, которые находятся на стадии экспериментальных разработок, относятся взрывное бурение (с помощью зарядов ВВ), плазменное, ультразвуковое и др.
Сущность взрывного
бурения заключается в
Сущность плазменного бурения состоит в том, что между двум электродами создается устойчивая электрическая дуга, которая выдувается из сопла с помощью сжатого воздуха и воздействует на забой скважины. В факеле разряда дуги температура достигает 6000°С, а скорость истечения газов равна 2000 м/с. При воздействии плазменной струи порода плавится и частично испаряется.
Эффективное дробление горных пород в первую очередь достигается на основе правильно установленного удельного расхода ВВ, т.е. масса заряда взрывчатого вещества, необходимого для эффективного дробления единицы объема породы. Расстояние между скважинами в ряду а и расстояние между рядами скважин b подбирается таким образом, чтобы наиболее равномерно распределить ВВ в массиве. Эти величины зависят от взрываемости пород, диаметра скважин, требуемой кусковатости, высоты уступа, схемы взрывания. Их подбор осуществляется с учетом величины m=a:W, называемой коэффициентом сближения скважин, значения которого на карьерах колеблются в пределах 0,75 – 1,4. По условию дробления для легковзрываемых пород m=1,1 – 1,4 , для пород средней взрываемости m= 1 – 1,1 , для трудновзрываемых пород m= 0,75 – 1. При шахматном расположении скважин b»0,85а, при квадратном расположении b=0,85а. Взрывание скважинных зарядов может быть мгновенным и короткозамедленным. Последнее позволяет увеличить расстояние между скважинами за счет изменения направления отрыва породы от массива и более полного использования энергии взрыва, а также снизить сейсмическое действие взрыва. Интервал t замедления при короткозамедленном взрывании изменяется в пределах 5 – 250 мс. Интервал замедления при однорядном расположении скважин можно ориентировочно определить по формуле
где Кв – коэффициент, зависящий от взрываемости породы (для трудновзрываемых пород Кв = 1,5 – 2,5, для средневзрываемых Кв=3 - 4, для легковзрываемых Кв=5 – 6 ), мс/м. При многорядном взрывании значение t увеличивается на 25%.
По своей конструкции заряды ВВ могут быть сплошными и сосредоточенными. Сплошной заряд, расположенный в нижней части скважины, воздействует в основном на нижнюю часть уступа. Поэтому при взрыве сплошных зарядов (особенно в крепких труднодробимых породах), образуется негабарит. Рассредоточенные заряды с воздушными промежутками, конструкция которых разработана в ИГД им. А.А.Скочинского под руководством акад. Н.В.Мельникова, позволяют улучшить дробление породы благодаря дополнительному использованию части энергии взрыва, затрачиваемой при сплошном заряде на переизмельчение породы в непосредственной близости к заряду.
Масса скважинного заряда ВВ определяется по формуле
где q – удельный расход ВВ, кг/м3;
Vп - объем породы, взрываемый зарядом, м3.
Удельный расход ВВ зависит от взрываемости пород и необходимости их дробления. На карьерах он изменяется в значительных пределах (0,15 – 0,9 кг/м3 и более).
Горные породы по эталонному удельному расходу ВВ разделяются на пять классов. Каждый класс включает пять категорий.
I класс - легковзрываемые породы с 1-й по 5-ю категорию (q, < 0 - 10 г/м3).
II класс - средневзрываемые породы с 6-й по 10-ю категорию (q, < 10,1-20 г/м3).
Ill класс - трудновзрываемые породы с 11-й по 16-ю категорию (q, < 20,1-30 г/м3).
IV класс - весьма трудновзрываемые породы с 16-й по 20-ю категорию (q, < 30,1-40 г/м3).
V класс - исключительно
трудновзрываемые породы с 21-
Расположение скважин на уступе может быть однорядным и многорядным. Основными параметрами расположения скважин являются расстояние а между скважинами в ряду, расстояние Ь между рядами и линия сопротивления по подошве уступа W. Большое влияние на результаты взрыва оказывает величина W, которая зависит от диаметра скважин, высоты уступа и угла наклона его откоса, мощности ВВ, плотности заряжания. При завышении величины W плохо прорабатывается подошва уступа, а при ее занижении энергия взрыва в большей степени тратится на выброс, а не на дробление породы.
Взрывание скважинных зарядов может быть мгновенным и короткозамедленным. Короткозамедленное взрывание позволяет увеличить расстояние между скважинами (за счет изменения направления отрыва пород от массива и более полного использования энергии взрыва) и снизить сейсмическое действие взрыва.
При короткозамедленном взрываний скважин, расположенных в один ряд, применяют три схемы инициирования зарядов: поочередную, схему взрывания через скважину и волновую (рис. 2.7). По сравнению с мгновенным взрыванием короткозамедленное взрывание обеспечивает повышение равномерности дробления, уменьшение выхода негабарита, снижение расхода ВВ на 10-15%, сокращение ширины развала в 1,2-1,3 раза. Наиболыший эффект достигается при короткозамедленном взрываний многорядно расположенных скважин. В случае мгновенного взрывания основное действие зарядов первого ряда направлено в сторону откоса уступа, а действие зарядов следующих рядов - вверх в результате чего подошва уступа плохо прорабатывается. При короткозамедленном взрываний улучшаются качество взрыва и проработка подошвы за счет последовательного взрывания зарядов скважин, которое улучшает условия работы зарядов последующих рядов и обеспечивает наивыгоднейшее использование энергии взрыва. В этом случае инициирование зарядов осуществляют по схемам: порядной, врубовой (рис. 2.9), с клиновым врубом и диагональной. Порядная схема наиболее проста. Врубовая схема более совершенна. Она позволяет создать дополнительные свободные поверхности и вызвать соударение кусков породы, что обеспечивает лучшее дробление породы.
Интервал замедления при короткозамедленном взрываний изменяется в пределах 5-250 мс (практически используемый интервал замедления t = 15—75мс). При многорядном взрываний значение г увеличивается на 25%.
Рис. 2.7. Схемы короткозамедленного взрывания скважинных зарядов,
расположенных в один ряд (цифрами показана последовательность взрывания зарядов):
а, б, в- схемы взрывания соответственно поочередная, через скважину , волновая «
Рис. 2.9. Схемы инициирования
кания рядов):
а - однорядная; б - врубовая с продольным врубом; в - врубовая с поперечным врубом
Под вторичным дроблением горных пород понимают разрушение негабаритных кусков действием взрыва, термическим, электротермическим и механическим способами. Дробление негабаритных кусков осуществляется методами шпуровых и накладных зарядов. Метод накладных зарядов применяется при хрупких и легкодробимых породах в небольшом объеме работ, если затраты на повышенный расход ВВ (2-2,5 кг/м ) меньше затрат на бурение шпуров. Накладной заряд толщиной hз=4-5 см располагается на поверхности негабарита и прикрывается слоем глины или песка толщиной (рис. 2.11). Для повышения эффективности накладных зарядов используют специальные заряды мощных ВВ с кумулятивной выемкой (см. рис. 2.11), которые позволяют
снизить расход ВВ в 5-7 раз.
При шпуровых зарядах диаметр шпура составляет 25 – 60 мм а глубина шпуров hш=(0,25 – 0,5)hн, где hн – толщина негабарита). Удельный расход ВВ составляет 0,1 – 0,3 кг/м3. Для бурения шпуров используются ручные и колонковые перфораторы. Для уменьшения разлета кусков и расхода ВВ в шпуры помещают малые заряды высокобризантного ВВ (заряды в 8-12 раз меньше, чем обычные) и заполняют их жидкостью (гидрозабойка).
Рис. 2.11. Схемы расположения зарядов при дроблении негабарита:
а.- накладной заряд обычной конструкции; б - накладной заряд с кумулятивной выемкой;
в - шпуровой заряд с гидрозабойкой; 1 - негабарит; 2 - заряд ВВ; 3 - слой песка или глины;
4 - детонатор; 5 - детонирующий шнур; 6 - промежуточный детонатор; 7 - вода
Механический способ дробления негабарита основан на использовании силы тяжести падающего груза массой 1,5 – 5 т, который подвешивается к канату крана или экскаватора. Груз имеет форму шара или цилиндра. Эффективность дробления повышается при направленных ударах с помощью специальных бутобоев.
Термические и электротермические способы дробления негабаритов основаны на местном нагреве негабаритных кусков с использованием различных источников тепла (реактивные горелки, электрическая дуга, и т.д). На карьерах применяется низкочастотный нагрев токами промышленной частоты при низком напряжении.
ВЫЕМОЧНО-ПОГРУЗОЧНОЕ
ВЫЕМКИ И ПОГРУЗКИ
Выемочно-погрузочные работы заключаются в выемке горной массы из забоя и погрузке ее в средства транспорта или перемещении в отвал. В качестве выемочно-погрузочного оборудования на карьерах используются экскавационные машины цикличного и непрерывного действия (рис. 3.1). В машинах цикличного действия (одноковшовые экскаваторы, погрузчики, колесные скреперы, бульдозеры и др.) рабочий орган состоит только из одного ковша или режущего элемента (лемех бульдозера), периодически выполняющего функции выемки и перемещения горной массы. В машинах непрерывного действия (многоковшовые новые цепные и роторные экскаваторы и др.) ковши (черпаки) перемещаются по замкнутой траектории и создают непрерывный поток груза. Забой представляет собой торец, откос или площадку уступа. По структуре пород забои могут быть однородными (простыми) и разнородными (сложными). В однородных забоях горные породы имеют одинаковые свойства, а в разнородных - различные (вскрышные породы с различными свойствами, вскрышные породы и полезное ископаемое, полезное ископаемое разных сортов). Разработка простых забоев осуществляется валовым (сплошным) способом. В сложных забоях выемка полезного ископаемого и вскрыши или полезного ископаемого различных сортов осуществляется раздельно (селективно).
В зависимости от взаимного расположения забоя и горизонта установки выемочно-погрузочной машины различают выемку верхним, нижним и смешанным (верхним и нижним) черпанием. Аналогично различают и погрузку нижнюю, верхнюю и смешанную (рис.3.2).
Рис. 3.2. Схемы работы экскаваторов:
к - с верхним черпанием и нижней погрузкой; б - с верхним черпанием и верхней погрузкой; в-с верхним и нижним черпанием и с верхней и нижней погрузкой
Для выемочно-погрузочных работ на карьерах наибольшее при некие получили экскаваторы. Черпание горной массы, ее перемещение к месту разгрузки, разгрузка и поворот к месту очередного черпания осуществляется одноковшовым экскаватором последовательно. В совокупности эти операции составляют рабочий цикл экскаватора. Многоковшовыми экскаваторами эти операции выполняются одновременно. Поэтому одноковшовые экскаваторы являются машинами цикличного действия, а многоковшовые - машинами непрерывного действия.
Как одноковшовые, так и многоковшовые экскаваторы состоят из рабочего, механического, ходового и силового оборудования, рамы, кузова и механизмов управления.
По признаку конструктивной связи ковша со стрелой различаю одноковшовые экскаваторы с жесткой связью (прямая мехлопата, обрат наямехлопата, гидравлический экскаватор) и одноковшовые экскавато ры с гибкой связью (драглайн, грейфер).
Многоковшовые экскаваторы разделяются на цепные (с ковшами укрепленными на бесконечной цепи), скребково-ковшовые со скребковым рабочим органом и ковшовой цепью для черпания горной массы i перемещения ее к месту разгрузки, фрезерно-ковшовые с фрезерным рабочим органом и ковшовой цепью, роторные, у которых рабочим органом является роторное колесо с ковшами для черпания горной массы.
По типу ходового оборудования одноковшовые экскаваторы разделяются на гусеничные, пневмоколесные, шагающие, плавучие, а многоковшовые - на гусеничные, шагающе-рельсовые, рельсо-гусеничные и на железнодорожном ходу. В зависимости от силового оборудования как одноковшовые, так и многоковшовые экскаваторы бывают электрические, дизель-электрические и дизель-гидравлические. На карьерах в основном применяются электрические экскаваторы.
Прямые мехлопаты, благодаря жесткой связи стрелы с ковшом, совершают большие усилия черпания (до 3500 Н/см) и характеризуются большой прочностью рабочего оборудования. Они выпускаются различных типоразмеров с ковшом вместимостью 0,25-35 м3 (и более) и применяются при разработке мягких и разрыхленных полускальных и скальных пород. По объемам выполняемых работ на карьерах прямые мехлопаты занимают доминирующее положение. Применяются они как при погрузке пород в транспортные средства, так и при перевалке пород в выработанное пространство. Основной недостаток мехлопат - прерывность (цикличность) рабочего процесса. В последнее время как на зарубежных, так и на отечественных карьерах получают применение гидравлические экскаваторы, имеющие определенные преимущества. Перед механическими лопатами.