Метод определения энергоэффективности технологий и механизации горных работ по добыче полезных ископаемых открытым способом

Анистратов Юрий Иванович

Рис.5 Схема к расчёту перемещения центра тяжести развала

Это выражение получено из условия, что центр тяжести заходки

l = 1/2 А, центр тяжести развала lр = 1/2 (А-1/2R).

Тогда lц = lр – lз = 1/4R.

Величина развала

которая получена

Sз = AН = (с + НCtg) H,

Sг.м.= kрАН = kр(c + HCtg)H

Sр = Sг.м. – Ahр = (с + НСtg)(kрH – hр) = 1/2Rhч.

где Н- высота уступа,

м;

hр- высота развала, м;

с – расстояние первого ряда скважин от верхней бровки уступа, м;

А – ширина заходки по целику, м;

R – ширина развала, м;

– угол откоса уступа, град.

Общая энергия равна сумме энергии на дробление массива, создание разрыхления и перемещение его центра тяжести

Эд = Эдр. + Эр .

Удельное энергопоглощение единицей объёма взорванной горной массы в развернутом виде

Удельное энергопоглощение единицей массы взорванной горной массы в развернутом виде

Оно представляет собой энергию, которую необходимо затратить при подготовке горной массы требуемой по технологии крупности и параметрам развала с учётом конкретных свойств массива.

В случае подготовки горных пород механическими средствами при безвзрывной технологии необходимая удельная энергия в Дж/кг складывается из разрушения и создания разрыхления:

При взрывной подготовке горных пород в технологическом грузопотоке для размещения взрывчатого вещества в массиве необходимо затратить энергию на бурение скважин.

В этом процессе горная порода будет поглощать энергию при разрушении (измельчении) буровым инструментом в объеме скважины в степени

n’ = dскв./dч

где dскв.
– диаметр скважины;

dч - диаметр частиц и продуктов разрушения при бурении.

Пользуясь принятыми выше зависимостями расчета энергопоглощения при разрушении горных пород, можно посчитать удельное энергопоглощение в процессе бурения в Дж/кг при тех же условиях по следующей формуле:

где сж - предел прочности породы на сжатие при шарошечном или ударном бурении, Па;

lcкв.
– глубина скважины, м;

– часть энергопоглощения горной породы при бурении, приходящегося на единицу объёма взрываемого блока,

nскв.
– количество скважин взрываемого блока;

Sскв.
– площадь скважины, м2;

h - высота уступа, м;

A - ширина заходки, м.

Выемочно-погрузочный процесс.

В выемочно-погрузочном процессе горная масса при переходе из одного состояния (развал горной массы) в другое (захват и перемещение в транспортный сосуд) поглощает энергию.

В процессе черпания горная масса оказывает сопротивление. Чем больше степень дробления и коэффициент разрыхления, тем

меньше сопротивление.

Второй операцией в цикле погрузочного процесса является подъём горной массы для погрузки. Все существующие погрузочные машины совмещают процесс черпания с подъёмом на уровень погрузки.

Подъем ковша на уровень разгрузки связан с затратами энергии на преодоление единицы веса горной породы в ковше.

Расчетную зависимость энергопоглощения выемочно-погрузочного процесса на единицу горной массы в Дж/кг можно представить следующим образом:

Первое слагаемое представляет собой выражение для расчёта энергопоглощения при преодолении сопротивления горной массы внедрению ковша. В нём не учитывается скорость, с которой перемещается ковш во время черпания, так как пределы изменения ее на выемке и вносимая при этом погрешность незначительны.

Второе слагаемое представляет собой выражение для расчёта энергопоглощения в процессе поворота со средней скоростью ковша для разгрузки, т.е. своего рода преодоление сопротивления инерции.

Третье и четвёртое слагаемые выражают энергопоглощение в процессе перемещения ковша к месту и на уровень разгрузки,

где F - сила сопротивления перемещению ковша. По проф. Н.Г. Домбровскому она может быть определена F = kc B c;

kc - удельное сопротивление горной породы копанию, кг/см2 (для хорошо взорванных пород kc= 2,25-2,50 кг/см2);

В - ширина ковша , см;

c - толщина стружки, см (0,33В);

– длина пути, на котором происходит заполнение ковша (для ковшевого экскаватора 2/3 hч , для многочерпакового экскаватора hуступа/Sin).

hч – высота черпания экскаватора.

Р - вес породы в ковше, P = (Ек )/kр ;

Ек - вместимость ковша, м3;

kр -коэффициент разрыхления;

– плотность породы, кг/м3;

vп - скорость перемещения ковша к месту разгрузки (vп = 5 - 11 м/сек - большее для вскрышных экскаваторов);

g - 9,8 м/сек2 ;

l – расстояние перемещения ковша к месту разгрузки, м

hр - высота разгрузки экскаватора, м.

Для многоковшового и роторного экскаватора

о – основное сопротивление движению конвейерного транспорта, на экскаваторе, Н/kH;

L – расстояние перемещения по конвейеру на экскаваторе, м.

Процесс перемещения горной массы

Энергопоглощение горной массы в процессе перемещения транспортными средствами происходит в момент преодоления инерции и в процессе преодоления сопротивления во время движения. Если по пути перемещения происходит подъем горной массы, то энергопоглощение увеличивается на преодоление сопротивления от уклона для колесных видов транспорта и на величину Н подъема горной массы при других видах транспорта.