Содержание к диссертации
Введение
1. Оценка состояния технологических дорог угольных разрезов и его влияния на эффективность эксплуатации карьерного автотранспорта 10
1.1. Роль карьерного автотранспорта при открытом способе разработки угольных месторождений и пути повышения эффективности его эксплуатации 10
1.2. Анализ возможности применения раздробленных вскрышных горных пород для строительства технологических дорог угольных разрезов 17
2. Математическое моделирование рационального гранулометрического состава раздробленных горных пород 22
2.1. Анализ ранее выполненных исследований по определению оптимального гранулометрического состава раздробленных горных пород 22
2.2. Математическая модель рационального гранулометрического состава раздробленных горных пород 28
2.3. Результаты расчета рационального гранулометрического состава раздробленных горных пород 38
Выводы 40
3. Установление рационального диапазона гранулометрического состава раздробленных горныхпород 42
3.1. Методы исследования физико-механических свойств раздробленных горных пород
3.2. Результаты лабораторных исследований объемной массы раздробленных горных пород различного гранулометрического состава 49
Результаты лабораторных исследований модуля упругости раздробленных горных пород различного гранулометрического состава 52
Анализ влияния гранулометрического состава раздробленных горных пород на их прочностные характеристики 56
Рационализация гранулометрического состава раздробленных горных пород с учетом их физико-механических свойств 59
Выводы 62
4. Обоснование конструкции дорожной одежды технологических дорог угольных разрезов из раздробленных горных пород рационального гранулометрического состава 63
Анализ особенностей проектирования дорожной одежды технологических дорог 63
Результаты расчета конструкции дорожной одежды технологических дорог 68
Оценка эффективности применения раздробленных вскрышных горных пород рационального гранулометрического состава для строительства дорожной одежды технологических дорог 70
Практическая реализация результатов исследования 89
Выводы 90
Заключение 91
Библиографический список 93
Приложение 1. Блок-схема программа «ГС-01» 112
Приложение 2. Акты внедрения 123
- Анализ возможности применения раздробленных вскрышных горных пород для строительства технологических дорог угольных разрезов
- Математическая модель рационального гранулометрического состава раздробленных горных пород
- Результаты лабораторных исследований объемной массы раздробленных горных пород различного гранулометрического состава
- Результаты расчета конструкции дорожной одежды технологических дорог
Введение к работе
Актуальность работы. Общий удельный вес открытого способа добычи угля в России составляет в настоящее время от 60 до 65 % и наблюдается тенденция к его увеличению. Одним из наиболее трудоемких и дорогостоящих является процесс транспортирования горной массы. При этом самый распространенный вид карьерного транспорта — автомобильный, эффективность эксплуатации которого в значительной степени определяется состоянием технологических дорог.
Строительство асфальтобетонных и цементобетонных дорожных покрытий технологических дорог угольных разрезов экономически, не оправдано, когда речь идет о дорогах, находящихся в динамически развивающемся карьерном пространстве, где временные дороги составляют до 80 % от общей их протяженности. Использование в этом случае однофракционного щебня также ведет к неоправданно высоким затратам на строительство, ремонт и содержание автодорог, снижает эффективность использования карьерного автотранспорта. Вместе с тем применение раздробленных вскрышных горных пород рационального (основанного на опытных (экспериментальных) данных) гранулометрического состава является обоснованным решением, направленным на повышение эффективности разработки угольных месторождений открытым способом. Однако до последнего времени этот вопрос остается малоизученным и требует дальнейших исследований. Именно отсутствие данных о параметрах дорожной одежды технологических дорог угольных разрезов из раздробленных вскрышных пород рационального гранулометрического состава обусловило актуальность, цель, задачи, структуру и содержание диссертационной работы.
Цель работы заключается в обосновании конструктивных параметров дорожной одежды технологических дорог угольных разрезов из раздробленных вскрышных пород на основе рационализации их гранулометрического состава.
Задачи исследования:
— изучить взаимосвязь физико-механических свойств раздробленных вскрышных пород с их гранулометрическим составом;
установить рациональные диапазоны гранулометрического состава раздробленных горных пород, применяемых при строительстве технологических дорог угольных разрезов;
обосновать толщину дорожной одежды технологических дорог угольных разрезов из раздробленных вскрышных горных пород рационального гранулометрического состава.
Объект исследования - раздробленные вскрышные горные породы; покрытия технологических дорог, предназначенных для движения большегрузного карьерного автотранспорта, осуществляющего транспортировку горной массы при разработке угольных месторождений открытым способом.
Идея работы заключается в управлении процессом изменения физико-механических свойств раздробленных вскрышных горных пород, которые зависят от их гранулометрического состава.
Методы исследований:
компьютерное имитационное моделирование - при построении математической модели рациональной структуры раздробленных вскрышных пород;
метод корреляционного парного анализа - для анализа результатов проведенных лабораторных испытаний;
метод математического моделирования - при исследовании закономерностей изменения строительных свойств раздробленных вскрышных горных пород, обосновании их рациональных гранулометрических составов и толщины дорожной одежды технологических дорог.
Научные положения, выносимые на защиту:
- зависимости объемной массы и статического модуля упругости раз
дробленных вскрышных горных пород от содержания в их составе
частиц свыше заданного' размера при влажности, соответствующей
полному водонасыщению пород и составляющей от 6,5 до 8,5 %, име
ют нелинейный характер без четко выраженного максимума;
в процессе дробления и сортировки вскрышных горных пород рациональный, обеспечивающий одновременно высокие значения объемной массы, статического модуля упругости и предельного сопротивления сдвигу, гранулометрический состав достигается, когда содержание частиц размером свыше половины от максимального составляет от 40 до 55 % и интегрально возрастает с уменьшением диаметра отдельных зерен;
толщина дорожной одежды технологических дорог из раздробленных вскрышных пород рационального гранулометрического состава, обеспечивающая бесперебойную и безаварийную работу карьерного автотранспорта с учетом срока службы и грузонапряженности дороги, экспоненциально зависит от преимущественного размера естественных отдельностей подстилающей горной породы и составляет для крупноблочных пород от 20 до 90 см, пород средней блочности - от 30 до 100 см, мелкоблочных - от 35 до 125 см и рыхлых - от 90 до 250 см.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней:
установлены зависимости изменения объемной массы и статического модуля упругости раздробленных вскрышных пород от содержания в их составе частиц различной крупности, отличающиеся от известных тем, что они получены при той, характерной для дорожной одежды технологических дорог, влажности пород, при которой достигается их полное водонасыщение;
получена зависимость содержания различных по крупности частиц в составе раздробленных вскрышных горных пород, обуславливающая их рациональный гранулометрический состав;
установлено влияние срока службы и грузонапряженности дороги, нагрузок от применяемых типов транспортных средств и преимущественного размера естественных отдельностей подстилающих горных пород на требуемую толщину дорожной одежды технологических дорог из раздробленных вскрышных пород рационального гранулометрического состава.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов:
обеспечивается необходимым объемом статистических данных; представительным объемом проанализированного информационного материала по исследуемой теме, в том числе и зарубежных научных публикаций;
базируется на методах математической статистики, экономико-математического моделирования и экономического анализа;
достигается применением современных методов расчета и испытательного оборудования, обеспечивающих достаточный уровень надежности результатов математического моделирования и измерения величин;
подтверждается сходимостью результатов теоретических исследований с фактическими показателями работы предприятий открытой угледобычи; положительными результатами внедрения рекомендаций исследования на разрезах ОАО «УК «Кузбассразрезуголь», ЗАО «Разрез Майский», ГУ «Кемеровская дирекция областного дорожного фонда».
Личный вклад автора заключается:
в установлении зависимостей изменения объемной массы и статического модуля упругости раздробленных вскрышных пород от содержания в их составе частиц различной крупности;
в получении зависимости содержания различных по крупности частиц в составе раздробленных вскрышных пород, отражающей их рациональный гранулометрический состав;
в установлении влияния срока службы и грузонапряженности дороги, нагрузок от применяемых типов транспортных средств и преимущественного размера естественных отдельностей подстилающих горных пород на требуемую толщину дорожной одежды технологических дорог из раздробленных вскрышных пород рационального гранулометрического состава.
Научное значение и практическая ценность
Научное значение работы заключается в разработке и реализации математической модели рациональной структуры раздробленных горных пород, развитии метода рационализации их гранулометрического состава и установлении влияния срока службы и грузонапряженности дороги, нагрузок от применяемого карьерного автотранспорта и преимущественного размера естественных от-дельностей подстилающих горных пород на требуемую толщину дорожной одежды технологических дорог.
Практическая ценность работы заключается в разработке рациональных гранулометрических составов раздробленных вскрышных пород и требуемых конструкций дорожной одежды технологических дорог.
Реализация результатов исследования
Основные научные результаты работы внедрены и находят практическое применение в ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» (г. Кемерово), ЗАО «Разрез Майский» (г. Прокопьевск Кемеровской области), ГУ «Кемеровская дирекция областного дорожного фонда» (г. Кемерово) в области строительства, ремонта и содержания технологических дорог, в учебном процессе студентов ГОУ ВПО «КузГТУ» специальностей «Открытые горные работы» (при изучении дисциплины «Процессы открытых горных работ») и «Автомобильные дороги» (при изучении дисциплины «Технология и организация строительства автомобильных дорог»).
Апробация работы
Основные положения и выводы диссертационной работы докладывались и получили одобрение на: ежегодных научных конференциях студентов и аспирантов Кузбасского государственного технического университета (г. Кемерово,
- 2008 гг.); VI Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах» (г. Кемерово,
г.); XI Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (г. Кемерово, 2006 г.); II Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых
«Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования» (г. Омск, 2007 г.); расширенном заседании кафедры «Строительства и эксплуатации дорог» СибАДИ (г. Омск, 2007 г.); технических совещаниях на разрезах и в ОАО «УК «Кузбассразрез-уголь» (г. Кемерово, 2007 г.); техсовете ЗАО «Разрез Майский» (г. Прокопьевск Кемеровской области, 2007 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Повышение долговечности транспортных сооружений и безопасности дорожного движения» (г. Казань, 2008 г.).
Публикации: по теме диссертации опубликованы 5 статей.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и приложений, в том числе содержит 132 страницы текста, 27 рисунков, 21 таблицу, список литературы из 208 наименований и 2 приложения.
Работа выполнена на кафедре «Автомобильные дороги» ГОУ ВПО «Куз-ГТУ». Автор выражает глубокую признательность докторам технических наук, профессорам Ташкинову А.С., Паначеву И.А., Михальченко В.В., к.т.н., доц. Афиногенову О.П. за уделенное внимание и помощь в работе.
Анализ возможности применения раздробленных вскрышных горных пород для строительства технологических дорог угольных разрезов
Для обеспечения требуемых условий движения автомобилей на проезжей части дороги устраивается дорожная одежда, которая представляет собой уложенную на поверхность подстилающих горных пород монолитную или зернистую конструкцию из различных материалов. Основное назначение дорожной одежды - восприятие нагрузки от автомобилей и передача ее на подстилающие горные породы в рассредоточенном виде и в размере, не превышающем той допустимой величины, которую может воспринимать подстилающая горная порода без разрушений и необратимых деформаций.
Покрытия автомобильных дорог должны обладать определенными свойствами, определяющими эксплуатационные качества дороги и транспортные режимы автосамосвалов. К числу них относят: прочность; устойчивость против воздействия погодно-климатических факторов; ровность, обеспечивающая возможность движения автомобилей с высокими скоростями; шероховатость, необходимая для хорошего сцепления с шинами; высокое сопротивление износу; малое сопротивление качению, влияющее на расход топлива автосамосвалами и скорость их движения; возможность строительства, ремонта и содержания механизированными способами; по возможности низкая сметная стоимость строительства [1,34].
Обзор литературных источников [1,11,12,34,41-48] и опыт работы угольных разрезов Кузбасса показали, что строительство асфальтобетонных и бетонных дорожных покрытий автомобильных дорог экономически не оправдано, когда речь идет о дорогах находящихся в динамически развивающемся карьерном пространстве, где временные дороги составляют до 80 % от всей их протяженности. Опыт эксплуатации большегрузных автомобилей показал, что наиболее приемлемыми для строительства дорожной одежды как постоянных, так и временных технологических дорог, являются раздробленные горные породы.
Нормативными документами [37,45] на автомобильных дорогах общего пользования предусматривается устройство дорожной одежды из раздробленных горных пород двумя способами: из щебня по методу заклинки и из раздробленных горных пород, отвечающих требованиям ГОСТ 25607-94 [46].
При устройстве дорожной одежды из щебня по методу заклинки, расклин-цовка способствует увеличению объемной массы и жесткости слоя, что повышает сдвигоустойчивость как самой дорожной одежды, так и подстилающих горных пород. В случае отсутствия заклинки или ее некачественное устройство приводят к выбиванию щебня из-под колес автомобилей, образованию колейности и прочих неровностей на покрытии, что ведет к полному разрушению дорожной одежды. Зачастую, при устройстве дорожной одежды технологических дорог из щебня, заклинка не устраивается вовсе, что ведет к значительному перерасходу каменного материала. Например, для строительства, ремонта и содержания 733 км технологических и хозяйственных дорог, крупнейшая угольная компания Кузбасса ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» ежегодно приобретает около 1,5 млн. м прочного щебня на сумму порядка 300 млн. руб. Для сравнения за тот же период ГУ «Кемеровская дирекция областного дорожного фонда» на содержание и ремонт 2000 км автомобильных дорог общего пользования со щебеночным покрытием затратила 40 тыс. м щебня на сумму около 11 млн. руб. Очень большие объемы затрачиваемого щебня для строительства технологических дорог обусловлены не только и не столько развитием карьерного пространства, сколько быстрым разрушением дорожных одежд автодорог.
При устройстве дорожной одежды из раздробленных горных пород, отве-чающих требованиям [46], одним из наиболее важных критериев является их объемная масса. Высокая объемная масса способствует возникновению в раздробленной горной породе сил сцепления, соединяющих частицы в единую плотную массу и препятствующие их выбиванию под действием колес автомобилей.
В последние годы существенно повысился интерес к раздробленным горным породам с высокой объемной массой [49, 50]. Это объясняется, с одной стороны, новыми технологическими возможностями при их производстве и укладке, чем достигается высокое качество, с другой — ремонтопригодностью и легкостью содержания покрытий. Целесообразность использования для устройства дорожной одежды технологических дорог раздробленных горных пород с высокой объемной массой можно обосновать на основе следующих их преимуществ [49-54]: - высокая объемная масса раздробленной горной породы значительно снижает процесс измельчения частиц под механическим воздействием автомобилей, что уменьшает скорость процесса образования волн и выбоин и, как следствие, повышает ровность покрытия; - легкость ремонта и содержания покрытий позволяет постоянно поддерживать высокие их транспортно-эксплуатационные качества, что в целом увеличивает скорость движения автосамосвалов и, соответственно, их производительность, срок службы покрытия, а также снижает себестоимость транспортировки горной массы и величину простоев автосамосвалов; - их применение позволяет на 15-25 % уменьшить сопротивление качению, что в целом ведет к уменьшению расхода топлива и, соответственно, себестоимости перевозок; - раздробленные горные породы с высокой объемной массой могут иметь на 30-40 % меньшую прочность, водостойкость и морозостойкость, чем однофракционный щебень, что значительно повышает вероятность пригодности местных углевмещающих горных пород.
Все аргиллиты, а также слабые и очень слабые песчаники и алевролиты (имеющие предел прочности при сжатии менее 40 МПа) довольно быстро полностью разрушаются в процессе водонасыщения (коэффициент размягчаемости менее 0,4), поэтому не могут использоваться для устройства дорожной одежды технологических дорог. Породы средней прочности (предел прочности при сжатии от 40 до 70 МПа); а также прочные песчаники (предел прочности при. сжатии от 70 до 150 МПа) с преобладанием глинистого цемента также характеризуются значительным снижением прочности при их водонасыщении (коэффициент размягчаемости менее 0,8), поэтому их также не рекомендуется применять. Прочные и весьма прочные песчаники (предел прочности при сжатии более 70 МПа); за исключением песчаников с преобладанием глинистого цемента, а также.весьма прочные алевролиты (предел прочности при сжатии более 150 МПа), как правило, характеризуются малой потерей прочности на сжатие при их водонасыщении (коэффициент размягчаемости более 0,8), поэтому наиболее подходят для устройства дорожной одежды технологических дорог. Следует отметить, что прочные слаборазмягчаемые углевмещающие горные породы неравномерно распределены по площади и глубине угольного бассейна, чаще всего встречаются в Томь-Усинском, Кондомском и Прокопьевско-Киселевском угленосных районах и являются, как правило, непосредственной почвой подавляющего большинства рабочих пластов угля. Вместе с тем, от 20 до 25 % углевмещающих горных пород пригодны для строительства дорожной одежды технологических дорог.
Математическая модель рационального гранулометрического состава раздробленных горных пород
На основе анализа проведенных ранее исследований и результатов проектирования гранулометрических составов раздробленных горных пород, применяемых для строительства дорожных одежд автомобильных дорог общего пользования [53,60-101], можно прийти к выводу, что раздробленные горные породы рационального гранулометрического состава должны удовлетворять следующим условиям: - иметь высокую объемную массу, так как чем ниже пустотность раздробленной горной породы, тем выше ее сопротивляемость внешним воздействиям от нагрузок автомобилей и водонепроницаемость, а также значительно ниже интенсивность измельчения зерен; - содержать в своем составе как можно больше крупных частиц (обломков размером более 2 мм), обеспечивающих высокую несущую способность раздробленной горной породы не зависимо от ее влажности; - иметь в составе достаточное количество пылеватых частиц для обеспечения связности.
Учитывая эти условия необходимо определить, какое максимальное теоретическое количество одноразмерных частиц можно разместить в слое.
Известны два основных подхода к построению математической модели структуры раздробленной горной породы - феноменологический, при котором используют методы статистической физики для исследования раздробленной горной породы как системы, находящейся в состоянии равновесия с определением средних и наиболее вероятных значений ее характеристик (пустотность, объемная масса, упаковка и др.) [98,99,106] и микроструктурный, рассматривающий типичные локальные элементарные совокупности частиц, составляющих раздробленную горную породу, с последующим определением ее характеристик [97,107]. Для построения математической модели воспользуемся микроструктурным подходом, так как он позволяет рассматривать не всю совокупность частиц (макрообъект), а лишь одну частицу с прилегающей к ней частью пространства (микрообъект), что значительно упрощает проведение расчетов.
При построении структуры раздробленной горной породы, выделяют три вида упаковок частиц [96]: упорядоченные, случайные и беспорядочные. Упорядоченные упаковки (например, одинаковых шаров) имеют периодическое строение, подобное кристаллам и редко встречаются в макроскопических объектах. Случайные, т.е. совершенно хаотические упаковки, также как и упорядоченные, являются идеализированными. В гравитационном поле условия равновесия каждой частицы требуют определенного числа контактов с соседними частицами, поэтому в поле тяготения фактические упаковки правильнее считать беспорядочными, а не случайными. Вместе с тем при теоретическом анализе удобнее рассматривать случайные упаковки. При определении максимального теоретического количества одноразмерных частиц, размещаемых в слое, примем упорядоченную упаковку, при определении наиболее вероятной плотности их распределения - случайную.
Другой важной задачей является выбор формы частиц раздробленной горной породы. Зерна никогда не имеют вид идеального шара, куба, тетраэдра и т.д. Их форма может быть только близка или сопоставима с той или иной моделью. Многие авторы принимают форму частиц в виде шара [96,107-108]. Действительно, если принять форму куба, то теоретически минимальная пустотность слоя, устроенного из такой раздробленной горной породы, будет стремиться к пористости самой горной породы, так как отдельные частицы могут плотно соприкасаться друг с другом по всем сторонам. Форму в виде тетраэдра сложно рассматривать, используя случайную упаковку частиц, так как зерна могут занимать одно и тоже положение, но при этом иметь всегда разную ориентацию в пространстве. А вот форма частиц в виде шара удовлетворяет обоим условиям: между частицами всегда остается пространство (пустоты), которое не может быть заполнено полностью; независимо от местоположения отдельной частицы в раздробленной горной породе, ее ориентация в пространстве на упаковку не влияет. Поэтому в качестве расчетной и была принята форма зерен в виде шара.
Пусть имеются частицы одинакового размера. Предположим, что частицы вдоль оси х лежат на одной прямой, причем их центры тяжести совпадают с осью. Исходя из задачи о наиболее плотном расположении частиц, считаем, что коэффициент Кх = 1, то есть зерна соприкасаются друг с другом. Для того чтобы площадь, занимаемая частицами, была максимальна, необходимо, чтобы знаменатель формулы (2.5) имел минимальное значение.
Очевидно, что минимально возможная (теоретическая) пустотность, раздробленной горной породы, состоящей из частиц шарообразной: формы одинакового-размера, составляющая 26 %, и наиболее вероятная экспериментальная плотность упаковки одинаковых шаров, составляющая в плотнейшем состоянии - 64 %, а в рыхлом - 60 % [111-113], явно не удовлетворяют раздробленным: горным? породам с наибольшей: объемной массой- однако на основе предлагаемого метода решения, можно смоделировать рациональную структуру раздробленной горной породы имеющей наименьшую пустотность.
Для решения поставленной задачи введем следующие допущения и предположения. Пусть раздробленная горная порода с высокой объемной массой состоит H3;-N компонентов (за каждый компонент принимается определенная фракция раздробленной горной породы), причем каждый компонент характеризуется средним диаметром, который можно определить по методике предложенной проф: А.В. Бирюковым [114]. Однако: пользоваться абсолютными значениями средних диаметров частиц не удобно, поэтому дальнейшие расчеты будем производить в относительных единицах, таких как Д D/2, D/4 и т.д., причем средние диаметры частиц какой-либо фракции будем определять при помощи коэффициентов сбега Ксбі,Ксб2...Kc6N, равными отношению средних диаметров N-ой фракции и фракции, содержащей наиболее крупные зерна, входящих в состав раздробленной горной породы, т.е. дг = KC6N DmiVi - Предполагаем, что самые крупные частицы, входящие в состав раздробленной горной породы, равномерно располагаются по всему объему (действительно, при тщательном перемешивании раздробленной горной породы можно получить относительно равномерное их распределение), что дает нам возможность рассматривать не всю совокупность частиц (макрообъект), а лишь одну из них (микрообъект).
Результаты лабораторных исследований объемной массы раздробленных горных пород различного гранулометрического состава
По данным предварительных испытаний было установлено, что для обеспечения точности полученных результатов по определению объемной массы раздробленных горных пород до второго знака после запятой при отклонении от математического ожидания не более 0,01 г/см3, с обеспечением надежности полученных результатов не менее 95 %, необходимо провести испытания не менее 5 проб по каждому показателю. Анализируя полученные результаты можно сказать, что: 1. Объемная масса раздробленных горных пород зависит от плотности исходной горной породы. 2. Объемная масса раздробленных горных пород зависит от содержания в их составе частиц различного размера. 3. На объемную массу раздробленных горных пород влияет, главным образом, содержание частиц имеющих размер более 0,63 мм.
Таким образом, можно сделать вывод, что зависимость объемной массы раздробленных вскрышных горных пород от содержания в их составе частиц свыше заданного размера при влажности, соответствующей полному водона-сыщению пород и составляющей от 6,5 до 8,5 %, имеет нелинейный характер :
По данным предварительных испытаний было установлено, что для обеспечения точности полученных результатов по определению статического модуля упругости раздробленных горных пород до целого числа при отклонении от математического ожидания не более 10 МПа, с обеспечением надежности по лученных результатов не менее 95 %, необходимо провести испытания не менее 5 проб по каждому показателю. Результаты, полученные в ходе лабораторного эксперимента, представлены в таблице 3.4.
Общеизвестно, что зависимость (3.10) справедлива при действии нормального напряжения в пределах от 0,05 до 0,50 МПа, в противном случае она носит нелинейный характер. Однако мы считаем, что при значении нормального напряжения несколько превышающем 0,50 МПа для сравнительного анализа данное уравнение с незначительной степенью погрешности использовать допустимо. В связи с тем, что давление, оказываемое карьерными автосамосвалами на дорожную одежду, составляет от 0,5 до 0,7 МПа [1], расчетное нормальное напряжение принимаем равным 0,6 МПа.
Анализ литературных источников показал [85,130,150-155], что сопротивление раздробленных горных пород сдвигу существенно зависит от количества, состава и свойств заполнителя, а также объемной массы и влажности раздробленной горной породы. Как правило, чем больше скелетных частиц (обломков размером более 2 мм), тем выше угол внутреннего трения и ниже сцепление раздробленной горной породы, причем само сопротивление сдвигу постоянно растет. Увеличение объемной массы раздробленной горной породы, а также снижение ее влажности способствуют повышению угла внутреннего трения, сцепления и, соответственно, предельного сопротивления ее сдвигу.
Сопротивление раздробленной горной породы сдвигу в зависимости от влажности мелкого заполнителя при различном содержании обломков имеет различный характер. При содержании скелетных частиц менее 20 % с возрастанием влажности мелкого заполнителя от 5 до 20 % сопротивление сдвигу уменьшается в 3 раза, при содержании обломков в раздробленной горной породе порядка 50 % по мере увеличения влажности от 5 до 20 %, сопротивляемость сдвигу уменьшается всего в 1,2 — 1,5 раза, а при содержании частиц размером более 2 мм в количестве более 50 %, сопротивление сдвигу практически не зависит от влажности мелкого заполнителя. В связи с тем, что почти все рассматриваемые нами раздробленные горные породы содержат более 50 % частиц размером превышающем 2 мм, будем считать, что их прочностные характеристики от влажности практически не зависят.
Обобщение проведенных ранее исследований отражено в методике [156], на основании которых составлена таблица зависимости угла внутреннего трения и коэффициента сцепления раздробленной горной породы от содержания в ее составе скелетных частиц .
Результаты расчета конструкции дорожной одежды технологических дорог
И.А. Паначевым установлено [201], что прочностные и деформационные свойства горных пород связаны с трещиноватостью массива, поэтому в качестве подстилающих принимались крупноблочные (средне- и мелкозернистые песчаники), средней блочности (крупнозернистые песчаники и переслаивания песчат ников с алевролитами), мелкоблочные (алевролиты и выветрелые песчаники) и рыхлые (аргиллиты, раздробленные песчаники и алевролиты) горные породы.
Расчет дорожных одежд производился в следующей последовательности (для устройства дорожной одежды принимались только раздробленные прочные и высокопрочные песчаники, как наиболее пригодные): 1. Назначались различные срок службы дороги и ее грузонапряженность. 2. Из зависимости (4.6) определяли коэффициент прочности дорожной одежды. 3: Принимали различные расчетные характеристики карьерных автосамосвалов по таблице 4.2. 4. Принимали различные категории подстилающих горных пород по блочности и на основании данных [201] назначали их прочностные и деформа ционные характеристики. 5. По методике [184] определяли требуемую толщину дорожной одежды технологической дороги.
Номограмма представляет собой графическое представление зависимости требуемой толщины дорожной одежды технологических дорог от их срока службы и грузонапряженности, грузоподъемности применяемого автотранспорта, а также категории подстилающих горных пород. Из анализа зависимости (4.8) и номограммы вытекает, что толщина дорожной одежды технологических дорог из раздробленных вскрышных пород рационального гранулометрического состава, обеспечивающая бесперебойную и безаварийную работу карьерного автотранспорта с учетом срока службы и грузонапряженности дороги, экспоненциально зависит от преимущественного размера естественных отдельностей подстилающей горной породы и составляет для крупноблочных пород от 20 до 90 см, пород средней блочности - от 30 до 100 см, мелкоблочных - от 35 до 125 см и рыхлых - от 90 до 250 см.
Величины среднего удельного сопротивления качению и среднего удельного сопротивления автомобиля при движении на подъем заменим коэффициентом сопротивления качению груженого автосамосвала и средневзвешенным уклоном трассы.
Коэффициент сопротивления качению зависит от типа и состояния покрытия, веса автомобиля и его скорости. Анализ практических данных [157] показывает, что ориентировочно значение коэффициента сопротивления качению для карьерных автосамосвалов можно определить из зависимости.
Поскольку основное удельное сопротивление движению будет преимущественно состоять из удельного сопротивления качению, то примем а к — 0 и We - 0, тогда заменив постоянные величины единой константой CQ , удельное сопротивление качению на коэффициент сопротивления качению, а удельное сопротивление от уклона дороги на уклон дороги получим: »п = г и -,-у (4-28) Ga-Vcp+Ч где fcp - коэффициент сопротивления качению; і - продольный уклон дороги. Изменение скорости движения автосамосвалов на подъем с изменением коэффициента сопротивления качению тогда будет выражаться из зависимости: fcppf L (429) Jcp,2+l С ростом скорости возрастает сила сопротивления воздушной среды, что не учитывается в формуле (4.29), поэтому необходимо ввести поправочный коэффициент, учитывающий данный факт. При движении автосамосвала на спуск, скорость в планируемом году практически не изменится, поэтому рост средней скорости движения автосамосвалов будет наблюдаться лишь за счет большей скорости движения их на подъем.
Анализ зависимостей показывает, что при уменьшении коэффициента сопротивления качению даже на 30 %, при среднем уклоне 0,07, показатель роста скорости составит порядка 4 %, что практически не скажется на итоговом коэффициенте сопротивления качению, определяемого по формуле (4.26) (изменение составит менее 1 %). П Найдем значение коэффициента а 2 входящего в формулу (4.20). Продолжительность транспортного цикла (ч) определяется из зависимости [157]: 1ц пог + п р + сп " " и (4.33) где tn02 - время погрузки автосамосвала, ч; tn - время движения на подъем, ч; tр время разгрузки автосамосвала, ч; tcn - время движения на спуск, ч; tM - время на маневры, ч. В силу формулы (4.9), изменение времени транспортного цикла можно определить из зависимости: Мц = лпог fJ-пог +/ п Мп " " Ар Мр + Ясп /Лсп + Лм Мм, (4.34) где Лпог ,Лп, Лр, Ясп, Лм - коэффициенты, характеризующие долю затрат времени соответственно на погрузку, движение на подъем, разгрузку, движение на спуск и маневры от общего времени транспортного цикла; juno2, jUn, jUp, jucn, цм - величины изменения времени в планируемом году на погрузку, движения на подъем, разгрузку, движения на спуски маневры автосамосвалов. Величины изменения времени на погрузку, разгрузку, маневры и движения на спуск будут равны нулю, так как они не зависят от типа покрытия (при движении на спуск скорость ограничивается не столько состоянием и типом покрытия, сколько скоростью по условиям безопасности движения [1,11,12,17,25,43,157-159]).
