В процессе проектирования, оперативного планирования и анализа производственной деятельности производится сравнение возможных вариантов решения. Критерием, как правило, является себестоимость продукции по процессам и в целом по технологическому циклу. Этот критерий является объективной оценкой деятельности производства. Однако в нем не достаточно отражается характер взаимосвязи машин с объектом работы, взаимосвязи машин между собой и качеством получаемого продукта. Использование разных комплектов горного и транспортного оборудования на карьере со скальными породами, обеспечивает разные параметры конечного продукта, например, от комплекта с 2 СБШ-250 + 2 ЭКГ- 8 + 7 БелАз 548 горная масса поступает со средней крупностью dср= 450 мм, а от комплекта с 2 2СБШ-200 + 4 ЭКГ - 4,6 + 12 БелАз 540 со средней крупностью dср=300 мм.
Эти показатели конечного продукта технологического потока технико-экономический метод не учитывает.
При выборе комплекта оборудования или при анализе его работы в конкретных условиях возникает необходимость установить непосредственную взаимосвязь между свойствами горных пород разрабатываемого массива и качеством горной массы, например:
- высокопроизводительная работа экскаватора требует высокой степени дробления, но высокая степень дробления требует увеличения затрат на подготовку горной массы;
- высокая степень дробления горной массы делает возможным применение конвейерного транспорта, что предполагает снижение затрат в целом по комплекту с учетом затрат на подготовку горных пород. Однако малая надежность получения в настоящие время высокой степени дробления взрывом в забое требует применения дополнительного звена - дробилки, что снижает надежность комплекта;
- для полезного ископаемого высокая степень дробления в забое снижает затраты на дробление при переработке в процессе подготовки к обогащению, но наличие большого количества мелочи в горной массе снижает производительность перегрузочных емкостей в транспорте грузопотока, особенно при использовании гравитационных средств доставки;
- использование железнодорожного транспорта и экскаваторов с большой емкостью ковша не требует большой степени дробления, а следовательно, затрат на подготовку к выемке. Однако малые уклоны и сложная сеть транспортных коммуникаций увеличивают капитальные и эксплуатационные затраты на производство продукции в таком комплекте по сравнению с автотранспортом и специальным конвейерным подъемником, использование которого требует увеличения степени дробления горной массы и т.д.
Приведенные выше примеры показывают, что задача определения оптимального комплекта оборудования для технологического потока, технологии разработки рабочей зоны карьера и в целом месторождения в конкретных условиях связана со свойствами массива, качеством горной массы и кондициями на готовую продукцию карьера. Решение этой задачи по существу является ассоциирование технологии и механизации горных работ по добыче полезного ископаемого природным условиям месторождения.
Этим задачам отвечает метод, который учитывает свойства горных пород, качество горной массы, параметры машин и технологию горных работ.
Близко к этой задаче стоит используемый в инженерной практике энергетический метод. С его помощью, в частности, производится оценка совершенства рабочих органов машин, механизмов, передачи энергии и оценка энергетических систем. В строительной промышленности энергетический метод исследования был применен для оценки рабочих органов машин и комплексной механизации строительства.
Специфика горного производства и задача выбора оптимального технологического потока с учетом свойств горных пород, горной массы, кондиции готового продукта для карьеров не позволяют использовать указанные выше методы в известном виде. В данной работе для создания энергетического метода в горном деле, отвечающего поставленной задаче, была использована только известная в других отраслях терминология.
По терминологии физики энергия равна это работе, совершаемой под действием силы, т.е. произведение силы на перемещение по направлению силы.
Для нашего случая силой является величина сопротивления природной среды определяемой свойствами горных пород, т.е. сила равная величине сопротивления разрушению массива взрывным или механическим способом, перемещению, отвалообразованию или переработке.
Величина затрат энергии оцениваются составом разрушенной горной массы по крупности, характеризуемой средним размером куска породы, коэффициентом разрыхления горной массы и величиной развала массива после взрыва, расстоянием, высотой и сопротивлением её перемещения.
Для инженерного расчета затрат энергии на разрушение горной породы при бурении, взрывном или механическом дроблении используется простой для измерения показатель - предел прочности породы на сжатие, на выемочно-погрузочные работы - удельное сопротивление пород копанию, на перемещение - основное сопротивление движению транспорта и т.п.
Взаимосвязь результатов разрушения горного массива соответствующей трещиноватости с последующими технологическими процессами осуществляется через степень дробления пород, которая в реальных условиях выражается отношением среднего размера отдельности в массиве к среднему размеру куска разрушенной горной массы, В свою очередь средний размер куска разрушенной горной массы ограничивается параметрами рабочего органа выемочно-погрузочной машины.
При расчете затрат энергии идущего на изменение состояния горной породы по процессам зависит от параметров используемого оборудования.
Взаимосвязь управляемых параметров смежных процессов технологического потока может быть схематично представлена в виде:
(σсж., Е, do , ρ )
где σсж., Е, do, ρ – соответственно: предел прочности пород на сжатие, модуль упругости, средний размер отдельностей и плотность пород в горном массиве;
n - степень дробления пород при взрыве, равная отношению среднего размера, отдельностей в массиве Do к среднему размеру куска разрушенной породы dср.;
q - удельный расход взрывчатого вещества, q = f (σсж., Е, do , ρ, n);
kf - удельное сопротивление разрыхленного массива копанию;
Знак "" означает прямое, а знак "" - прямое и обратное влияние параметров процессов технологического потока.
Таким образом, определение величины технологического энергопоглощения по предлагаемому методу необходимого для заданного изменения состояния и пространственного положения объекта, требует знания базовых характеристик пород горного массива (предела прочности пород на сжатие, среднего размера отдельности, плотности пород, удельного сопротивления пород копанию), которые легко определяются уже на стадии геологоразведочных работ. Поэтому этот метод наиболее приемлем при обосновании целесообразности разработки месторождений при проектировании, реконструкции или перевооружении карьеров
Энергопоглощение представляет собой величину энергии, количество которой теоретически необходимо и достаточно для изменения состояния или положения объекта разработки в процессах горного производства.
Оно всегда меньше фактического расхода энергии, а величина такого различия характеризует уровень совершенства применяемой технологии и техники, что позволяет оценить имеющиеся резервы и наметить пути их реализации в направлении создания энергосберегающих технологий. Метод целесообразен и при исследовательских работах по поиску рациональных вариантов комплексной механизации технологических потоков и определению рациональных параметров технологических процессов горного производства.