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/Sinα).
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.
В общем виде выражение энергопоглощения единицы горной массы в процессе перемещения в Дж/кг может быть представлено следующим образом:
Эт = + oL +H.
где - энергопоглощение во время преодоления инерции;
V - скорость перемещения, м/сек;
о - основное сопротивление движению, Н/кН ;
L - длина перемещения, м;
H - высота подъема в процессе перемещения, м.
Конкретно для видов транспорта расчетные зависимости представляются в следующем виде.
Железнодорожный транспорт
Ет = +oL + iLi +rLr ..
где V - скорость движения транспорта, м/сек;
g - ускорение свободного падения, м/сек2;
o - основное сопротивление движению, Н/кН
(обычно 0,002-0,003 Н/кН);
L - расстояние перемещения, м.
С учетом движения на подъем
, м
L2 - длина горизонтальной части, м;
H2 - высота подъема, м;
i - сопротивление от подъема или уклона,
(равно уклону i = 0.0030.004);
Li - длина участка перемещения с уклоном
i - уклон трассы;
r - сопротивление на криволинейном участке пути:
для стационарных путей - 1300/1000R,
для забойных путей - 700/1000R.
R - радиус закругления, м;
Lr - длина участка криволинейного пути, м.
Автомобильный транспорт
Ет = V2/2g + oL + iL.
где о = 0,015-0,045 Н/кН - для главных откаточных дорог;
0,050-0,080 Н/кН - для забойных дорог;
0,080-0,300 Н/кН - для отвальных дорог;
i= i - аналогично железнодорожному транспорту, Н/кН.
Конвейерный транспорт
Ет = V2/2g + oL + Hк
где о=0,025-0,030, Н/кН ;
Нк - высота подъема горной массы в процессе перемещения конвейерным транспортом, м.
Расчётная формула для трубопроводного транспорта аналогична конвейерному транспорту.
Процесс отвалообразования
При отвалообразовании горная масса перемещается из пункта разгрузки к месту складирования различными средствами. При экскаваторном отвалообразовании расчетная зависимость аналогична приведенной при описании выемочно-погрузочного процесса, при плужном и бульдозерном может быть представлена в Дж/кг следующим образом:
Эо = (f1±i + f1f2)l.
где f1 = 0,7 1,0 - коэффициент трения породы о породу;
i - уклон отвала;
f2 = 0,4 0,6 - коэффициент трения породы по металлу;
l - расстояние перемещения породы на отвале.
Процесс переработки полезного ископаемого
Энергопоглощение в процессе переработки зависит от вида самого полезного ископаемого и его назначения.
Для примера можно рассмотреть переработку полезного ископаемого для получения готового продукта - щебня и второй пример - переработка полезного ископаемого для получения промежуточного продукта - тонкого помола для раскрытия зерен полезного ископаемого перед последующем обогащением.
В процессе переработки на щебень поступающая в бункер дробильно-сортировочной фабрики горная масса имеет крупность dср. и проходит несколько стадий дробления (крупное, среднее и мелкое), в результате которого получается продукт - щебень фракции d. Перед и между дроблениями горная масса подвергается грохочению и промывке, от одной технологической операции к другой она перемещается конвейерным транспортом.
Энергопоглощение в процессе дробления определяется по той же зависимости, по которой определяется энергопоглощение в процессе подготовки горных пород к выемке (Дж/кг):