При энергетическом методе оценивается энергопоглощаемость в процессе производства единицы продукта.
Эти два метода не исключают один другого.
Согласно указанной области применения энергетического метода с его помощью выбирается оптимальный комплект оборудования технологического потока на карьере в зависимости от свойств горных пород и массива, свойств горной массы, характера окружающей среды и природных условий. Варианты близкие к минимуму по энергопоглощению оцениваются технико-экономическим методом.
Разнообразие свойств горных пород и горнотехнических условий на карьере часто определяет необходимость в использовании нескольких комплектов, например, комплекта оборудования технологического потока для разработки насосов, комплекта для разработки окисленной зоны, комплекта для разработки коренных вмещающих пород вскрыши, комплекта для разработки полезного ископаемого.
Кроме того, в зависимости от топографических условий размещения отвалов пустых пород, некондиционных руд и пунктов приема полезного ископаемого, а также производительности карьера может быть несколько технологических потоков, аналогичных по выполняемым функциям и конструкции оборудования, но разрабатывающим различные зоны в карьере.
Отдельная оценка этих комплексов и выбор вариантов технико-экономическим анализом трудоемок и, вследствие затруднительности учета при его использовании свойств горных пород и природных условий, неэффективен.
Но в тоже время варианты возможных структур из оцененных энергетическим методом комплектов оборудования технологических потоков целесообразно оценивать технико-экономическим методом. Его возможность учитывать общекарьерные затраты, характер взаимосвязи карьера с финансирующими организациями (кредит, ссуды, госбюджет) и т.п. позволяют выбирать эффективную структуру комплексной механизации на карьере в целом.
Энергетический метод не противопоставляется технико-экономическому, а предлагается для решения самостоятельных задач по выбору технологических потоков и комплектов оборудования для них с последующей оценкой выбранного варианта экономическим методом.
Глава 3
Энергетический расчёт
параметров буровзрывных работ на карьерах
1.3 Определение удельного расхода взрывчатого вещества для разрушения массива горных пород по энергетической теории
Современное развитие технологии взрывного разрушения массива позволяет управлять энергией взрыва для качественной подготовки крепких горных пород к экскавации, получения горной массы необходимого состава по крупности, степени разрыхления и параметров развала горной массы для каждого типа комплекта оборудования технологического потока, обеспечивая его максимальную производительность.
Задачей процесса подготовки скальных и полускальных горных пород к выемке является обеспечение:
необходимой степени дробления горных пород и полное разрушение массива взрываемого блока;
соответствие размеров и формы развала параметрам конкретному комплекту оборудования технологического потока;
объема горной массы в забое, достаточного для бесперебойной и производительной работы экскавационного оборудования;
экономичности и безопасности ведения горных работ.
Степень дробления для конкретного комплекта оборудования определяется исходя из высокопроизводительной работы и минимальных затрат по всему технологическому потоку.
Экспериментальные исследования по определению зависимости производительности машин по процессам технологического потока от состава горной массы по крупности с учетом свойств сыпучей среды показывают, что изменение производительности от минимума до максимума экскавационных машин с шириной ковша В находится в интервале В/3 dср В/11 при величине размера негабарита >В/3.
Минимальные затраты по всем технологическим процессам в технологическом потоке с одноковшовым экскаватором обеспечиваются при среднем диаметре габаритной горной массы dср= В/6,5.
Развал взорванной горной массы по длине от бровки уступа должен быть минимальным, по высоте - безопасным. По правилам безопасности он должна быть равна высоте черпания, а при высокой степени разрыхления допускается 1,5h.
Объем взорванной горной массы в забое определяется из условия максимальной производительности технологического потока с учётом остановки во время взрывных работ.
Разрушение массива горных пород под действием взрыва заряда взрывчатого вещества является сложным физическим процессом, который определяется свойствами массива, взрывчатого вещества и параметрами технологии взрывного воздействия.
Управление взрывного воздействия на массив и получение необходимого для экскавации взорванной горной массы базируется на энергетической связи результата разрушения с параметрами буровзрывных работ.
Учитывая монолитность и однородность по свойствам горной породы в блоке, необходимую степень его дробления, соотношение между пределом прочности материала на сжатие и растяжение необходимая энергия (Эдр.) для дробления определяется зависимостью
,
где σсж.- предел прочности породы на сжатие, Па;
kд- коэффициент динамичности напряжения (kд = Ед/Ест)
V=1 - разрушаемый объем, м3;
Е – модуль упругости породы, Па;
n – степень дробления (n = Dо.м./dср.)
Dо.м - средний размер отдельности массива, м;
ρ – плотность породы, кг/м3.
Энергия для получения требуемой по принятой технологии и технике степень разрыхления и формирования развала, допустимого по правилам безопасности определяется зависимостью
где - начальная скорость движения горной массы при взрыве ( по данным экспериментальных исследований ее можно принимать vо= 530 м/с). Большие значения принимаются при использовании мощных взрывчатых веществ и малой плотности горной породы.
- коэффициент разрыхления горной массы в забое, = 1,1 1,4;
- плотность горной породы, кг/м3;
- расстояние от центра тяжести заходки массива до центра тяжести развала горной массы, м.
При разрушении массива скважинными зарядами
,
где с - расстояние от верхней бровки уступа до первого ряда скважин (по правилам безопасности не менее 3 м);
h - высота уступа, м;
- угол откоса уступа, градус;
- высота развала горной массы в забое, м;
- высота черпания экскаватора, м.
Сумма представляет собой энергию в Дж/м3, которую необходимо затратить при подготовке горной массы с необходимой степенью дробления, разрыхления и параметров развала взорванной горной массы.
По энергетической характеристике используемого взрывчатого вещества определяется удельный его расход (кг/м3), необходимый для дробления 1 м3 массива в нужной степени, получения заданных коэффициента разрыхления и параметров развала взорванной горной массы
,
где - удельная потенциальная энергия взрывчатого вещества, которая именуется в характеристике полной идеальной работой взрыва, Дж/кг.
- коэффициент полезного использования энергии взрывчатого вещества, который, по многочисленным исследованиям, составляет 0,04—0,06.
В развернутом виде при V=1 эта зависимость имеет вид (кг/м3)
Анализируя эту зависимость, можно видеть, что удельный расход взрывчатого вещества увеличивается с увеличением прочностных свойств массива, степени дробления и величины развала горной массы после взрыва и уменьшается с увеличением энергии используемого взрывчатого вещества
и коэффициента ее использования для дробления массива и формирования развала, необходимых параметров по технологии выемочно-погрузочных работ.