 |
Процессы подготовки горных пород к выемке
|
|
|
|
Оценка крепости горных пород
Объектами горных работ являются разнообразные горные породы:
1 – коренные породы (магматические, метаморфические и осадочные);
2 – наносы (рыхлые вторичные породы);
Коренные породы залегают в толще земной коры на месте своего образования, а наносы образуются в результате разрушения и переотложения коренных пород. Для оценки крепости горных пород используют различные характеристики. Наиболее применяемой в производстве является характеристика Протодьяконова, согласно которой все породы классифицируются по временному сопротивлению, сжатию. В качестве критерия оценки взято напряжение предшествующее разрушению образца горной породы размером 10х10х10. За единицу коэффициента крепости (f) принято 0,1 временного сопротивления образца породы сжатию (σсж) в МПа.
05.09.08
По прочностным характеристикам все горные породы в их естественном состоянии разделяют на 3 группы:
- 1 – Плотные мягкие и сыпучие породы, сопротивление сжатию до 20 МПа (f<2);
- 2 – Полускальные породы, сопротивление сжатию 20 – 50 МПа (f=2-5);
- 3 – Скальные породы, сопротивление сжатию более 50 МПа (f>5);
Разработку горных пород первой группы ведут без предварительной подготовки к выемке всеми видами погрузочного оборудования. Иногда в этой группе плотные и очень плотные породы требуют перед выемкой рыхления. Для разработки полускальных пород используют машины с повышенным усилием копания (экскаватор –мехлопату–). Иногда породы второй группы нуждаются в предварительном разрушении путём механического рыхления или взрыва. Что касается пород третей группы то для их разработки применяют как правило взрыв. Многие горные породы разбиты трещинами, поэтому их прочность в массиве во много раз ниже, чем в отдельном куске. Оценивается трещиноватость коэффициентом трещиноватости – это есть отношение объёма трещин к объёму всего куска. Снижение же прочности за счёт трещиноватости породы оценивают коэффициентом структурного ослабления, равным отношению сцепления отдельного куска породы при отрыве её от массива к сцеплению её в отдельном куске. У практически монолитных пород коэффициент структурного ослабления kс.о.=0,6-0,98. У сильно трещиноватых пород kс.о.=0,01-0,065. Под воздействием отрицательных температур мягкие и сыпучие породы смерзаются, при этом прочности их становиться близка прочности плотных и полускальных пород и появляется необходимость их предварительного разрушения.
|
|
|
Характеристика горных пород в разрушенном состоянии
В результате разрушения горные породы становятся пригодными для погрузки и перемещения. При этом различают разрушенные породы по степени связности и кусковатости. Степень связности характеризуется величиной коэффициента разрыхления, представляющего собой отношение объёма породы в разрыхленном виде к её объёму в массиве. По степени связности разрушенные породы подразделяют на три категории:
1) Сыпучие разрушенные породы (коэффициент разрыхления kр.=1,4-1,65): склонны к осыпанию и образованию чётко выраженных откосов;
2) Связно-сыпучие разрушенные породы (kр.=1,2-1,3): насыпь не имеет чётко выраженных откосов;
3) Связно разрушенные породы (kр.=1,05-1,1): сохраняется сцепление между блоками;
Кусковатость оценивают по среднему линейному размеру куска dср. При этом выделяют 5 категорий:
1. Очень мелко разрушенные породы (dср<0,15 м);
2. Мелко разрушенные породы (dср=0,15-0,25 м);
3. Средне разрушенные породы (dср=0,25-0,35 м);
4. Крупно разрушенные породы (dср=0,4-0,6 м);
5. Весьма крупно разрушенные породы (dср=0,7-0,9 м);
|
|
|
Этапы и периоды открытой разработки карьеров
Выделяют 5 этапов и 4 периода разработки месторождений. На первом этапе ведут подготовку поверхности карьерного поля: вырубка леса и кустарников при его наличии, осушение или отвод имеющихся озёр, рек, болот, сносятся имеющиеся сооружения, копают нагорные каналы. На втором этапе осуществляют вскрытие месторождения: проводят системы горных выработок (въездные разрезные траншеи), осуществляют связь верхних горизонтов карьера с нижними. На третьем этапе проводят вскрышные работы и тем самым обеспечивают доступ к ПИ. На четвёртом этапе ведут добычные работы, осуществляя планомерное извлечение ΠИ. На пятом этапе восстанавливают (рекультивируют) нарушенную горными работами территорию.
По организационно экономическим признакам выделяют 4 периода. Первый период – это строительный: подготовка поверхности, осушение, прокладка коммуникаций, строительные и монтажные работы и прокладка въездных и разрезных траншей. После совершения этого периода карьер сдают в эксплуатацию и он начинает работать как предприятие. Второй период – это освоение проектной мощности: увеличивают фронт работ, вводят в эксплуатацию другие очереди и постепенно наращивают объём добываемой продукции. Третий период – это период работы карьера на полную мощность. Четвёртый период – это погашение горных работ или период доработки.
12.09.08
Технология механического разрушения горных пород
Большинство современных выемочно-погрузочных машин не развивают усилий достаточных для отделения от массива плотных мёрзлых скальных и полускальных пород, поэтому для отделения применяется предварительное разрушение горных пород. Основными видами разрушения являются: взрыв и механическое рыхление. Отдельные плотные породы могут разрабатываться с помощью машин развивающих большое усилие копания, например одноковшовые эксковаторы-мехлапаты. Для послойного разрушения мерзлоты и пород с коэффициентом крепости более 8 широкое применение нашли навесные рыхлители на тягачи мощностью более 120 кВт. Рабочим органом рыхлителя является зуб снабжённый износостойким наконечником. Для рыхления полускальных и трещиноватых скальных порол используют однозубые рыхлители, а для рыхления пород с меньшей прочностью 2-х и 3-х зубые рыхлители. Навешивается рыхлитель на гидравлику позади тягача. Заглубление и подъём рыхлителя осуществляется с помощью 2-х гидроцилиндров. Глубина рыхления находится в пределах 0,3-1 метр. Разрушение породы происходит при движении агрегата путём её сжатия и сдвига. При разрушении монолитного массива в нижней части борозды образуется неглубокая траншея ширина которой соответствует ширине наконечника а глубина составляет 15-20% от величины заглубления зуба. Угол наклона боковых стенок изменяется от 30 до 80 градусов. В трещиноватом массиве его разрушение происходит по плоскостям ослабления его трещинами с интенсивным разрушением стенок по всей глубине борозды.
|
|
|
Сечение борозд при параллельных проходах рыхлителя
СХЕМКИ
hз – величина заглубления;
hэ – величина эффективного заглубления;
Рыхление породного массива производится по челночной схеме движения агрегатов при параллельных смежных проходах. Расстояние С между проходами устанавливается из условия обеспечения требуемой кусковатости и достаточной глубины рыхления горной породы. Обычно эта величина составляет С=1,1–1,6 м. Так как глубина эффективного рыхления составляет hэ=(0,5 – 0,7)hз между проходами в нижней части борозды образуются так называемые целики. Их разрушают за счёт дополнительных параллельно-перекрёстных проходов. При параллельно-перекрёстном движении С’=(1,2–0,5)С. Производительность рыхлителей в плотных породах достигает 1000 – 1500 кубов в час при длине параллельных ходов 100 – 300 метров. Рассчитывают производительность по формуле: 
,
где 
(0,7-0,8) – коэффициент использования агрегата в течении смены;
(0,4-1,5 м/с) – рабочая скорость агрегата;
t(20-30 с) – время переезда на следующую борозду;
L(100-300 м) – длина хода;
В комплексе с рыхлителями работают скреперы, бульдозеры, погрузчики, которые осуществляют выемку разрушенной породы. Себестоимость добычи полезного ископаемого с рыхлением в 2-5 раз меньше чем при использовании взрыва.
|
|
|
Подготовка к выемке на месторождениях облицовочного камня
Подготовку к выемке на месторождениях облицовочного камня осуществляют различными механическими способами, которые должны обеспечить сохранность физико-механических свойств и декоративных качеств продукции. Различают следующие способы отделения облицовочного камня от массива:
1. Буровой
2. Буро-клиновый
3. Камнерезными машинами
4. Комбинированный
Буровой.
Применяется при заготовке ценных монолитов. Его сущность состоит в бурении шпуров по линии отделения монолита от массива.
Буро-клиновый.
Применяется на трещиноватых гранитах. Кроме бурения шпуров или мелких скважин отделяют породу от массива при помощи клиньев.
Подготовка полускальных и скальных пород с коэффициентом крепости 
Буримость горных пород
Цель бурения – это создание в породном массиве скважин или шпуров. Эффективность бурения скважин определяется скоростью бурения, которая зависит от сопротивления породы, вида и формы бурового инструмента, способа его воздействия на горную породу (ударное, вращательное или комбинированное), диаметра скважин и других факторов. Буримость всех горных пород оценивается показателем трудности бурении: Пб = 0,007(
)+0,7γ. В зависимости от величины показателя буримости породы все горные породы классифицируются на 25 категорий буримости и 5 классов:
1 класс – легко буримые (Пб =1-5), 1-5 категория;
2 класс – породы средней трудности бурения (Пб =5,1-10), 6-10 категория;
3 класс – трудно буримые (Пб =10,1-15), 11-15 категория;
4 класс – весьма трудно буримые (Пб =15,1-20), 16-20 категория;
5 класс – исключительно трудно буримые породы (Пб =20,1-25), 21-25 категория;
На буримость горных пород существенное влияние оказывает их промерзание в зимний период. В РБ глубина промерзания в зимний период составляет 0,6-1 метр. Для снижения трудности бурения мёрзлых грунтов проводят те же мероприятия, что и при подготовки горных пород к выемке в зимних условиях – это утепление поверхности грунтов, предварительное глубокое рыхление.
17.09.08
Бурение. Технология, оценка и область применения
Бурение взрывных скважин на карьерах производят буровыми станками различных типов:
СБР – станки вращательного бурения резцовыми коронками;
СБШ – станки шарошечного бурения;
СБУ – станки ударно вращательного бурения с погружными пневмоударниками;
СБТ – станки термического бурения;
СБК – станки ударно канатного бурения;
Большинство буровых станков скомпоновано по общей конструктивной схеме:
1. Гусеничная ходовая тележка;
|
|
|
2. Платформа, на которой установлено: мачта, стойка, рабочий орган, электродвигатели, компрессоры;
Перед бурением платформу станка необходимо установить в горизонтальное положение, для этого в каждом из четырёх углов платформы имеются гидравлические домкраты. Перевод мачты в рабочее и транспортное положение осуществляется гидроцилиндрами. Электроэнергию к станкам от подстанций подают с помощью гибкого кабеля (медный либо алюминиевый).
Вращательное бурение.
Применяется в горной породе с коэффициентом крепости f=2-6 и занимает 20-25% всего объёма буровых работ. Бурение осуществляется при вращении резцов и принудительной подачи бура на забой.
Шарошечное бурение.
Это бурение осуществляется вращающимися долотами, имеющими конусообразные шарошки с фрезерованными зубьями или штырями, армированными твёрдым сплавом. Объём шарошечного бурения составляет примерно 70% от всего объёма буровых работ. При выборе долота в первую очередь учитывают прочность горной породы. Все станки этого типа снабжены компрессором. Для бурения пород с f=6-8 используют станки лёгкого типа СБШ-160. В породах с f=8-14 используют станки среднего типа: 2СБШ-200-32, 3СБШ-200-60, СБШ-250-МНА-32. И при коэффициенте крепости более 14 применяются станки тяжёлого типа: СБШ-320-36, СБШ-400-55.
Станки СБУ применяют в крепких труднобуримых породах с f>10. Эти станки отличаются высокой манёвренностью простотой обслуживания, однако их производительность в 2-3 раза ниже, а затраты на бурение в 1,5-2 раза выше, чем у шарошечных станков. Поэтому на их долю приходится всего 6-8% от общего объёма буровых работ. Рабочим органом этих станков является пневмоударник, который приводится в действие от компрессора с помощью клапанного устройства. Для удара по долоту с частотой 28-42 удара в секунду. Станок снабжён поршнем и бойком, вращение самого бура осуществляется с помощью электродвигателя.
Принцип работы станков состоит в том, что буровой снаряд массой 0,8-3 тонны подвешенный на канате ритмично падает на забой скважины. Подъём снаряда происходит с помощью канатного замка, при этом после падения снаряд поворачивается на некоторый угол, обеспечивая разрушение породы по всей площади забоя. Производительность таких станков не высока их применяют в основном при бурении скважин на очень прочных породах и для бурения разведочных и вспомогательных скважинах. Так же эти станки применяются для разрушения мёрзлых пород в зимний период.
Станки СБТ используются для бурения крепких кварцсодержащих пород с f>14. Рабочим органом данного станка служит огнеструйная горелка, свободно подвешенная над забоем скважины. Породы разрушаются за счёт плавления в скважине при температуре 1800-3200 градусов Цельсия газовой струёй, вырывающейся из сопла горелки со скоростью 1600-2000 метров в секунду. В качестве топлива используется бензин или природный газ. Окислителем для этих материалов являются кислород или сжатый воздух. Горючее и окислитель из баков по трубопроводам подают в камеру сгорания. Вращением термобура обеспечивают равномерный нагрев всей площади забоя. Скорость бурения может достигать 10-12 метров в час. Основные недостатки применения данного типа станков:
1) Высокая стоимость топлива и окислителя;
2) Возможность бурения в горных породах содержащих 15 и более % кварца;
Расчетные зависимости для определения скорости бурения
Техническая скорость шнекового бурения определяют по формуле: 
. Скорость шарошечного бурения определяют: 
. Для пневмоударного бурения: 
. Для термического бурения: 
.
ТАБЛИЦА!
19.08.08
Производительность буровых станков и их потребное количество
Буровые станки являются машинами циклического действия. Цикл состоит:
- наращивание бура;
- опускание на забой;
- бурение;
- подъём бура;
- замена инструмента;
- переезд на новую скважину;
- установку на домкраты;
- центровку;
Длительность каждой из операций устанавливают с помощью хронометража. При расчёте сменной эксплуатационной производительности учитываю не только продолжительность основных операций, но и вспомогательных. Эту величину находят: 
Т1 – продолжительность смены, (8 ч);
Т2 – подготовительные – заключительные мероприятия;
Т3 – перерывы, ч;
Т4 – время простоев;
tб – вспомогательное время для бурения 1-го метра скважины;
В учебных расчетах Т2+Т3=(0,5-1); Т4=(0,9-1,3). tв: для шнекового бурения 0,003 - 0,008, для шарошечного 0,003 – 0,007, для вращательного 0,007 – 0,013 м/ч.
Годовая производительность буровых станков определяется по формуле: 
N1 – количество рабочих дней карьера за год в сутках;
N2 – простой бурового станка в ремонтах за год;
– коэффициент сменности работы станка;
Необходимое количество буровых станков устанавливают с учётом годового объёма буровых работ: 
- производительность карьера, м3;
q – выход горной массы с одного метра скважины, м3;
Вспомогательные работы при бурении
Процессу бурения сопутствует ряд вспомогательных работ:
1. Подготовка рабочих мест для станков на площадках уступов;
2. Подготовка самих станков и оборудования к бурению;
3. Обеспечение станков электроэнергией, материалами и буровым инструментом;
4. Обеспечение сохранности пробуренных скважин;
5. Перегоны станков и их ремонт;
6. Перемещение силового кабеля;
Первый вид вспомогательных работ выполняется с помощью бульдозера, после подготовки проводят маркшейдерскую съёмку площадки. Вынос проектных отметок, расположение скважин на местность, строительство подстанций, замена бурового инструмента и т.д. При вынесении проекта обуривания уступа на местность у точек расположения скважин проставляются их номера и проектная глубина. Фактическую глубину скважин определяет машинист станка, а выборочный контроль мастер. Дополнительный контроль выполняют так же взрывники перед зарядкой скважины. Допустимое отклонение параметров сетки и глубины скважин не должно превышать 
. Пробуренные скважины со временем подвергаются деформации (обрушаются стенки, заносятся снегом, частицами горной породы и т.д.), поэтому длительность и хранение ограничено, а при невозможности их быстрого использования устье этих скважин закрывают. При интенсивном обрушении стенок проводят повторное разбуривание скважин.
Технологические автоматизации бурения
Цель автоматизации бурения – это облегчение труда буровых рабочих и увеличение производительности станка при снижении затрат. Указанную цель можно достичь на основе оптимальных технологических критериев для совокупности основных производственных процессов на карьере. Оптимальные критерии устанавливаются для конкретных видов бурения и инструмента. В качестве таких критериев принимают минимум затрат на бурение одного метра скважины. Автоматизация процесса бурения сводится к регулированию частоты вращения и осевого давления на бур на основе анализа в процессе бурения механических и электрических характеристик станка. Частоту вращения бурового инструмента можно регулировать в зависимости от усилия его подачи на забой, а саму подачу бура на забой можно регулировать в зависимости от величины нагрузки двигателя станка. Подача бура на забой должна быть плавной и непрерывной, а давление на забой должно превышать сопротивляемость горных пород к разрушению и тем самым обеспечивать наиболее эффективную скорость бурения. В настоящее время известны две системы автоматического регулирования: 1) регулирование осевого усилия по заранее заданной скорости бурения при постоянной частоте вращения бура; 2) регулирование режима бурения по допустимому уровню вибрации станка, при превышении этого уровня датчик вибрации установленный в кабине машиниста даёт команду о снижении частоты вращения бура (или става). Вторая система более прогрессивная и она устанавливается на большинстве станков. В последнее время разработаны буровые станки с программным управлением не только процессов бурения, но и вспомогательных работ. Вся информация при работе станков передаётся в диспетчерский пункт – там же обрабатывается и с диспетчерского пункта подаются команды на каждый станок подаются команды по оптимальному режиму бурения.
26.09.08
Организация буровых работ и пути их совершенствования
Правильная организация как правило обеспечивает высокую эффективность работы буровых станков и их взаимосвязь с работой других машин. Буровые работы начинают с подготовки рабочих мест для станков. При блоковом взрывании игорных пород подготовка осуществляется так же по буровым блокам. В начале обуривается полностью блок, затем станки перемещают на новый блок и цикл работ повторяется. Эти работы выполняют буровые бригады или же маркшейдерская и дорожная службы. Для более чёткой и более согласованной работы буровых станков составляют график подготовки рабочего блока к бурению. В нём определяют начало, последовательность и окончание каждой работы. Составленный график передаётся соответствующим службам, которые включают его в свои планы работ. Контроль за выполнением графика осуществляют начальник бурового участка и производственный отдел карьера.
| Номера работ | Время, ч | |||||||||||||
| 1 смена | 2 смена | |||||||||||||
 1
| ||||||||||||||
| ||||||||||||||
| ||||||||||||||
| ||||||||||||||
| ||||||||||||||
| ||||||||||||||
| ||||||||||||||
| И т.д. |
Номера работ:
1 – очистка от снега
2 – планирование площадки;
3 – маркшейдерская съёмка блока;
4 – составление проекта бурения;
5 – разметка скважин;
6 – монтаж ЛЭП и подключение станков;
7 – подготовка станков к работе;
8 – бурение;
В зависимости от числа рядов скважин и их расположения буровые станки должны перемещаться на блоке по определённым схемам, при этом перемещение станка около бровки уступа не допускается. А при бурении скважин первого ряда станок должен располагаться по нормали бровки уступа, поэтому опорные домкраты и гусеницы станка должны находиться вне призмы обрушения откосов уступа. Станки работают по следующим схемам: порядная (применяется для бурения первого ряда скважин); поперечно-диагональная (применяется при числе рядов скважин не более трёх и их шахматном расположении); поперечно-возвратная (применяется при квадратной сетке скважин);
При работе на обуреваемом блоке двух и более станков, каждому из них должен выделяться отдельный фронт работ. Буровые бригады работают по сменным нарядам, в которых указывается номера, проектная глубина скважин, и общий объём работ. Горный мастер в конце смены все показатели, выполненного объёма работ, заносит в специальный журнал.
СХЕМЫ
|
|
|
