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

Некоторые свойства являются результатом принятой технологии или качеством выполнения работ в предыдущих процессах, например, состав горной массы по крупности, зацепление, степень разрыхления и т.п.

Общее энергопоглощение горной массы будет представлять собой сумму энергопоглощений по процессам технологического потока.

Вследствие того, что энергопоглощение зависит как от свойств горных пород, так и от технологических параметров, появляется возможность сравнивать между собой в аналогичных условиях различные комплекты оборудования технологических потоков или отдельные их звенья и выбирать вариант с меньшими значениями как наиболее эффективный.

В конкретных природных условиях месторождения или отдельной природно-технологической зоны карьера в сравнительных расчётах для выбора варианта с меньшим энергопоглощением комплекта оборудования технологического потока или технологии горных работ целесообразно пользоваться показателем энергопоглощения единицей горной массы (удельное энергопоглощение )

Для расчетных зависимостей определения энергопоглощения необходимо рассмотреть взаимосвязь свойств горных пород с технологией производства работ по процессам в технологическом потоке.

В настоящие время широко развиваются исследования по физике горных пород. Накопление данных о свойствах горных пород в массиве, образце и разрыхленном состоянии и их сопротивлении при добывании позволяет использовать их в энергетическом методе исследования горных работ на карьерах.

2.2. Энергопоглощение по процессам технологического потока.

Процесс подготовки горных пород к выемке.

Это первый процесс технологического потока. Мягкие горные породы не требуют специальной подготовки к выемке, а массив крепких (скальных и полускальных) требует предварительного разрушения и дробления для обеспечения следующего процесса – экскавации.

Энергопоглощение горных пород при дроблении зависит от молекулярных сил связи, дислокаций кристаллической структуры горных пород и нарушенности массива под действием эрозионных разрушений, естественной трещиноватости (блочности) и трещинообразования от сейсмического воздействия предшествующих взрывных работ на уступе.

Расходуемая при взрыве массива кинетическая энергия продуктов взрывчатого вещества переходит в потенциальную энергию вновь создаваемых поверхностей и другие формы - тепло, звук и сейсмические волны.

Энергопоглощение монолитных, не нарушенными трещинами зон массива или отдельного блока, при разрушении взрывом, подчиняется теории Риттингера, согласно которой работа дробления полностью переходит в поверхностную энергию и равна

где W - работа измельчения, Дж;

D и d - размеры кусков до и после дробления;

k1 - постоянная величина.

Если принять отношение как степень измельчения, то формула будет иметь вид

По теории Кирпичева-Кика работа, требуемая для изменений конфигураций геометрически подобных тел из одинакового материала, изменяется пропорционально объемам или весам этих тел. В общей формуле закон Кика выражается:

По теории Бонда работа, расходуемая на дробление материала от размера D до размера d, равна разнице количеств суммарной энергии, необходимой для того, чтобы довести размер материала от теоретически бесконечного до размеров D и d. Эта теория является промежуточной между теориями Риттингера и Кика. В ней предполагается, что энергия, передаваемая телу при сжатии, распределяется сначала по его массе и, следовательно, пропорциональна D3 , но с момента начала образования на поверхности трещины эта энергия концентрируется на поверхности краев трещины и тогда она пропорциональна D2. На этом основании применяется, что работа разрушения тела пропорциональна D2,5 и, следовательно, удельная работа дробления выражается формулой

Если ввести зависимость от степени дробления n, то формула примет вид

Помимо указанных теорий дробления существует ряд других.

Для расчета энергии при дроблении массива взрывом используется теория Бонда; ее математический аппарат и прикладное значение имеет отношение также к дроблению и измельчению в дробилках и мельницах.

В формуле Ванга установлена взаимосвязь между степенью дробления и силой сжатия, удельным весом материала и его модулем упругости

где F- предел прочности на сжатие (сж)

- удельный вес породы;

Е - модуль упругости;

k - коэффициент пропорциональности.

Эффект дробления от сжатия или удара, по данным исследований

Р. Гийо, практически одинакова.

Модель расчета энергопоглощения процесса подготовки горных пород к выемке на карьере при n - ой степени дробления можно представить следующим образом.

Взрывной блок представляет собой массив объёмом Vбл. высотой, равной высоте уступа Н, шириной, равной ширине заходки по целику А, и длиной Lбл. Этот блок разбит естественной трещиноватостью и трещиноватостью от сейсмического воздействия предыдущих взрывов на блоки средней величины dо.

Связь между этими блоками в массиве меньше, чем молекулярная связь горной породы внутри этих блоков.