Введение к работе
Актуальность работы. Природный мел широко используется в промышленности, строительстве., сельском хозяйстве и в других отраслях при производстве более 120 видов продукции, содержание мела в которых достигает 50...70 % и Солее. Мелот выми продуктами является меловая горная л$асса, содержащая куски мела определенной крупности к влажности, которые поступают как непосредственно для реализации потребителю, так и на последующие этапы переработки. На мироаом рынке йена на меловые продукты достигает 540 долларов США за одну тонну. В настоящее Бремя потребности я меловых продуктах в России удовлетворены не более чем из 22...25% при одновременном росте их экспорта как в страны СНГ, так и в страны дальнего.зарубежья (например, за первое полугодие 1995 г. экспортировано меловых продуктов на сумму около 500 тыс. долл. США). Меловые месторождения Россия, запасы которых составляют более 1,5 млрд. тонн, характеризуются поверхностным залеганием пластов мощностью 30 м и более, высоким содержанием CaCOj (до 96..,98%) и расположением преимущественно в экономически развитых районах Курской, БелгороДт ской, Воронежской и других областей. Эти фактори обусловливают природный мел как ценный объект, доступный для Ш!фО-кого освоения открытым способом.
В настоящее время в условиях непрерывной изменчивости требований, предъявляемых к технологиям получения меловых продуктов, а также широкого разнообразия характеристик природного мелозого массива развитие меловых производств сдерживается "тстааанием темпов и уровня совершенствования и разработки новых технологических процессов подготовки к выемке, выемки и перемещения ropnoft массы в условиях карьера.
Наиболееэнгргоеыкиии (до 60...86 or суммарных удельных энергозатрат) технологическими процессами мелового производства являются процессы переработки (суШка и дробление) влажного мелового сырья с некондиционным гранулометрическим составом. В настоящее время в условиях непрерывного удорожания энергоносителей снижение энергозатрат при производстве высококачественных меловых лродуктов'является важной народнохозяйственной проблемой. ~~
Снижение влажности н целенаправленное управление гранулометрическим составом мела при добыче в соответствии с требованиями переработки мелового сырья может осуществляться при определенных режимах работы технологического оборудования и позволяет сократить (полностью исключить) наиболее энергоемкие процессы сушки и дробления, а также сездгівт'условия для получения отдельных сортов готовых меловых продуктов непосредственно в условиях карьера.
Для оценки технологических и технических решений по формированию качества мелового сырья при добыче с условиях карьера (при проектировании и конструкторских.разработках) необходим комплекс расчетных методик для опре паления параметров режимов работы технологического оборудования (рабочих органов экскаваторов п бульдозеров, транспортного, оборудования и др.), основанный на установленных закономерностях образования кусков мела различной крупности, изменения их влзжгмети п сортировки меловой горной массы на'фракции по крупности кусков.
В 'современных условиях для,обеспечения получения при добыче меловой массы с заданными технологическими характе» ристнками актуальной является разработка научно обоснованных технологические решений, виедреіше которым шюсит значительный вклад в ускорение ивуччо^гехннчегкого прогресса.
Цель работы - разработать комплекс методик для определения технологических параметров добычных работ и оборудования'с учетоы требований, предъявляемый к переработке мелового сырья, обеспечивающих энергосбережение яри производстве высококачественных меловых продуктов.
Идея работы. Энергосбережение мелового горного производства достигается за счет сокращения энергозатрат us переработку мелового сырья путем формирования при добыче В составе меловой горной массы фракций кондиционного гранулометрического состава и влажности, не требующих специялиэи-
ронянной переработки, и нх выделения из потока разрыхленное го мела в условиях карьера.
Теоретические положения, пыноснмие на'эащнту:
1. Параметры работы добычного технологического обору
дования при формироранни кондиционных фракций необходимо
определять с учетом зональности разрушения меловой струягкп-
п забое. При этом, геометрические параметры контуров зон раз
рушения стружки сколом функционально зависит от плаіаностіі
мела, ширины режущего элемента, углов захвата а резанпя,
скорости резания, конфигурации поверхности стружки и взаим
ного расположения режущих элементов.
2. При проектировании и разработке мелового забоя
стручками необходимо учитывать зоны формирования кусков
мела различно!! крупности:, зона 1 - мелких кусков в области
контакта породы с режущим -элементом (крупность кускоа
сравнима с размерами зерен, слагающих масснв); зона 2 - сред
них кусков а середине стружки над зоной I (крупность кускоа
превышает размеры кусков из зоны \ в 8...25 раз); зона 3 -
крупных кусков у поверхности стружки над зоной 2 (крупность
кусков превышает размеры кусков из зоны 2 не менее чем а
10...15 раз).
При расчете характеристик гранулометрического состава разрыхленного мела объем кусков, формирующихся в зонах I, 2, 3, прямо пропорционален площади поперечного сечения соответствующей зоны в стружке. Крупность кусков фракции I, 2, 3 прямо пропорциональна соотаетственно максимальному габариту ядра уплотненна по нормали к поверхности режущего элемента, длине границы между зонами 2 и 3 в поперечном сечении стружки, соотношению габаритны* размеров зоны 3 дли единичного скола.
3; Параметры работы транспортного технологического оборудования при отделении кондиционных фракций из потока меловой массы в процессе ее перемещения нз забоя и перегрузки ленточными конвейерами необходимо определять с учетом зональности накопления мелких кусков фракций 1 и 2 п нижней части потока в результате воздействия ленты конвейера при переходе через ролнкоопоры. При этом, толщина зоны накопления мелких кусков на ленте прямо пропорциональна содержанию фракции I н 2 а потоке, количеству ролнкооиор и расстоянию межлу ними, а также величине провиса ленты и обратно пропорциональна ширине ленты, скорости транспортирования и влажности разрыхленного мела.
А. При определении технологических параметров добычи необходимо учитывать снижение влажности мела в процессе зачистки и разработки забоя стружками:
при зачистке массива снижение влажности мела, достигающее 12...26 %. прямо пропорционально продолжительности после обнажения забоя и коэффициенту его трещнноватости и обратно пропорционально максимальной влажности массива перед обнажением л расстоянию, or поверхности массива (максимальная глубина снижения влажности в массиве достигает 360...400 мм);
при формировании кусков мела п процессе разработки мелового забоя стружками коэффициент снижения их влажности (достигает величины 0,58...0,6) прямо пропорционален влажности кусков перед их формированием в стружке и обратно пропорционален крупности кусков.
5. Э "ргозатраты на разработку мелового забоя, с учетом формирования гранулометрического состава разрыхленной массы при разрушении стружки режущими элементами, определяются-объемом уплотненного мела, контактирующего с поверхностью режущего элемента (ядра уплотнения, уплотнения стенок п дна борозды, выпора породы из стенок и дна борозды). При этом, необходимо учитывать, что нормальная сила сопротивления уплотненного иена «а участке иопер.мюстн режущего элемента прямо пропорциональна объему уплотненного мела, контактирующего с этим участком, и обратно пропорциональна коэффициенту трещнноьатостн мелового массива. Размер площадок действия сил трения на поверхности режущего элемента прямо пропорционален величине уплотнения соответственно стенок или дна борозды, контактирующих с этой площадкой.
ДаСТОВерНОСТЬ » ибОСіІОБїиШОСТи теоретических «0J1O-
глйипй, выиодо» v. рекомендации подтверждаются: сходимостью результатов теоретического моделирования процессов форміїрооання'.качесіоа мелового сырья с данными экспериментов (коэффициент вариации, составляет 6...42). промышленных'испытаний моделей рабочего оборудования н параметрами работы дейс гвующсго карьерного оборудования (относительная погрешность не превышает соответственно при определении параметров контурои разрушения меловых стружек сколом режущими элементами 4..,15 %; при определении усилия сопротивления породы разрушению. 2...24 %, при прогнозировании гранулометрического состава разрыхленного мела 8,..17 %; при nj ігнозироваиіш платности разрыхленного мела 5...8 %).
4 /
Научная новизна заключается в следующем:'
определены характеристики меловых массивов, оказывающие наибольшее влияние на формирование качественного мелового сырья в условиях карьера, и разработаны группировки меловых забоев по трещнноватости и влажности;
выявлены закономерности образования кусков различной' крупности при разработке забоя стружками и процессе подготовки массива к выемке и выемки мелозых пород;
установлены' функциональные зависимости для определения геометрических параметров контуров разрушения меловых стружек режущими элементами и разработана методика построения этих контуров для различных меловых массивов н режимов работы режущего оборудования;
установлены основные геометрические параметры и нх функциональные взаимосвязи для ядра уплотнения, уплотнений стенок и дна борозды, выпоров породы из станок н дна борозды и разработана методика построения их контуров;
выявлены наиболее часто (до 90 %) встречающиеся формы кусков разрыхленного мела в забое, на узлах перегрузки и конвейєрах, и транспортных сосудах, на отвалах н установлены закономерные соотношения их габаритов для кусков различной
"крупности;
- установлены функциональные зависимости Крупности
кусков разрыхленного мола от геометрических параметров зон
их образования при разрушении меловой стружки режущими
элементами и разработана методика прогнозирования грануло
метрического состава мелового сырья в з^бое при подготовке и
выемке;
'- установлена функциональная зависимость нормальной силы действия ядра.уплотнения па участок-поверхности режущего элемента от объема уплотненного мела, контактирующего с этим' участком, а также зависимость геометрических параметров площадок действия сил трения ча поверхности режущего элемента от величин уплотнения стенок ч дна борозды, контактирующих с этим участком и разработана методика определения силы сопротивления меловой стружки разрушению режущими элементами;
- определены условия и установлены закономерности на
копления мелких фракнпіі разрыхленного мела п нижней части
потоки ґопцоіі массы н забое и на ленточных конвейерах ч раз
работана методика определении геометрических парамстроз и
построение контуров слоя мелких фракций в поперечном сеченый потока для различных режимов перемещения горной массы;
- установлены закономерности для определения влажности различных фракций разрыхленного мела в результате его естественной сушки при подготовительной зачистке забоя, выемке и перемещении м разработана методика прогнозирования влажности мелового сырья в условиях карьера.
Научное іиачеііие работы заключается в установлении закономерностей формирования гранулометрического состава разрыхленного мела при подготовке массива к выемке и выемке путем механического разрушения меловых стружек режущими элементами; образования зон накопления различных фракции разрыхленного мела в нижней части потока меловой массы при ее транспортировании ленточными конвейерами и перегрузке с них; изменения влажности кусков мела в процессе зачистки и разработки ыелового миссией и транспортировании разрыхленного мела; взаимосвязи между объемом уплотненного мела, контактирующего с поверхностью режущего элемента, и сопротивлением стружки разрушению.
Практическое течение работы заключается в разработке комплекса методик для определения параметров добычных работ и технологического оборудования для процессов подготовки мелового массиве к выемке, выемки мелов, транспортирования разрыхленного мела, обеспечивающих снижение энергоемкости производства высококачественных меловых продуктов путей формирования кондиционных фракций мелового сырья и продуктов и их отделения из потока горной массы в карьере.
Аиробацвг работы. Основные.положения, выводы и рекомендации докладывались на научно-технических советах НПП "ВЕКОС" (г. Люберцы, 1991-1996 гг.), ТОО "МИР" (г. Старый Оскол, 1992-1994 гг.), на научно-технических совеща-uusx со специалистами Шебекинского мелового завода (г. Ше-бекнне, 1993 г.), Мелового завода СГОКа (г. Старый Оскол, 1993-1994 гг.), на Научно-практическом семинаре с международный участием "Проблемы и перспективы развития горной техники" (г. Москве, 1944 г.) и на кафедре "Технологии, механизации и организации открытых горных работ" МГГУ (г. Москва, 1995 г.).
Публавонии. По результатам выполненных исследований опубликовано II печатных работ, в том числе 8 брошюр. 1 патент на изобретение.
&
Объем работы. Диссертационная работа изложена на 327 страницах текста, 75 рисунках, 10 таблицах и состоит из введения, девяти глав, заключения, содержит список из 151 использованного источника.