Главная » 2014 » Сентябрь » 30 » Разработка способов, предотвращающих налипание и намерзание горной массы на добычное и транспортное оборудование в погодно-климатических
10:10 PM
Разработка способов, предотвращающих налипание и намерзание горной массы на добычное и транспортное оборудование в погодно-климатических
Разработка способов, предотвращающих налипание и намерзание горной массы на добычное и транспортное оборудование в погодно-климатических условиях Севера
Диссертация
Автор: Сытник, Анатолий Васильевич
Название: Разработка способов, предотвращающих налипание и намерзание горной массы на добычное и транспортное оборудование в погодно-климатических условиях Севера
Справка: Сытник, Анатолий Васильевич. Разработка способов, предотвращающих налипание и намерзание горной массы на добычное и транспортное оборудование в погодно-климатических условиях Севера : диссертация кандидата технических наук : 05.15.11 Москва, 1984 156 c. : 61 85-5/2061
Объем: 156 стр.
Информация: Москва, 1984
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ5
I АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСОВ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ СВЯЗНЫХ ПОРОД ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ 11
11 Современное состояние и перспективы использований комплексов непрерывного действия в погодно-климатических условиях Севера 11
12 Адгезионные свойства пород погребенных россыпей 23
13 Особенности криогенных процессов в связных породах и физические свойства мерзлых пород 31
14 Анализ существующих способов и средств борьбы с налипанием и намерзанием связных пород на рабочие поверхности комплексов непрерывного действия35
15 Выводы, цель, задачи и методика исследований 43-46 2 ВЛИЯНИЕ ПОГОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ДЩТЕЗИОННО
КРИОГЕННЫЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ ПЕРЕМЩЕНИИ СВЯЗНЫХ ПОРОД 47
21 Основные климатические факторы, влияющие на процесс тепло- и массопереноса в зоне адгезионного контакта связной породы 47
22 Исследование тепло- и массопереноса на адгезионном контакте связной породы и рабочей поверхности при неравенстве их температур 50
23 Влияние поля влагосодержания на адгезион-но-когезионные явления56
24 Исследование влаг оперен оса во влажной связной породе при наличии на адгезионном контакте свободной влаги75
25 Влияние температур породы и воздуха на адгезионно-криогенные явления при разработке и транспортировании горной массы 85
26 Выводы91
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРОФИЛАКТИЧЕСКОГО ПРОМОРАЖИВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД 93-III
31 Выбор метода решения задачи Стефана при промораживании и оттаивании пород93
32 Вывод уравнения промораживания и оттаивания влажной породы 97
33 Исследование профилактического промораживания связных пород для предотвращения налипания и намерзания I0I-II
34 Выводы II0-XII
4 РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО БОРЬБЕ С НАЛИПАНИЕМ
И НАМЕРЗАНИЕМ СВЯЗНЫХ ПОРОД НА РАБОЧИЕ ПОВЕРХНОСТИ КОМПЛЕКСОВ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА II2-I
41 Разработка календарного графика применения способов и технических средств борьбы с налипанием и намерзанием горной массы II2-II
42 Методика инженерного расчета технологических параметров буферных отвалов II7-II
43 Технические и технологические решения, предотвращающие налипание и намерзание связных пород II9-I
44 Рекомендации по борьбе с налипанием и намерзанием горной массы при разработке погребенных россыпей Алданского района роторными комплексами непрерывного действия 129
45 Расчет технико-экономической эффективности использования естественных низких отрицательных температур для слоевой криогенной подготовки связных пород погребенных россыпей в условиях Алданского района ЯАССР 133
46 Выводы136
Введение:
Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года, принятыми ХХУ1 съездом КПСС, цреду смотрено "В цветной металлургии обеспечить утфепление сырьевой базы действующих предприятий, а также ее дальнейшее опережающее развитие" /1/. При этом особое внимание уделяется расширению сырьевой базы золотодобывающей промышленности и ее перспективам, связанным с вовлечением в эксплуатацию открытым способом погребенных россыпных месторождений в районах Урала, Сибири, Севера и Северо-Востока СССР,
Анализ сравнительной оценки оборудования, проведенный Институтом горного дела Севера ЯФ СО АН СССР и комбинатом "Алдан-золото", показал, что для разработки шяребенных россыпей со значительным содержанием глин наиболее высокоцроизводительным оборудованием являются серийно выпускаемые роторные комплексы на базе экскаватора ЭРП-1250.2500 производительностью до 2500 м3/час при совместной работе со стационарной обогатительной фабрикой /2, 3/, Вместе с тем предполагается отработка обводненной части россыпи с использованием дражной техники.
Использование высокоцроизводительных роторных комплексов на Весниных ж добычных работах как в условиях Алданского района, так и северных регионах СССР выдвигает ряд научно-технических задач по обеспечению эффективной работы комплексов непрерывного действия в сложных горно-геологических и климатических условиях, особенно при отрицательных температурах. Одной из основных задач, в связи с этим, является изучение и устранение адгезионно-криогенных явлений, которые вызывают интенсивное налипание и намерзание горной массы на добычное и транспортное оборудование и тем самым значительно снижают его цроизво-дительность.
Несмотря на значительные усилия многих организаций, направленные на разработку и совершенствование разнообразных способов и технических средств очистки рабочих поверхностей высокопроизводительного горнотранспортного оборудования от налипших и намерзших связных пород, при отрицательных температурах имеют место длительные простои комплексов непрерывного действия (до 30.40$ от календарного времени их работы).
До настоящего времени нет достаточно эффективных способов борьбы с этим явлением, что связано с недостаточной изученностью адгезионно-криогенных процессов для условий северных регионов.
Целью диссертационной работы является установление влияния тепло- и массопереноса на изменение прочности адгезионного контакта глинистых пород с рабочими паверхйостями горного оборудования при естественных температурах, позволившего разработать методцщу выбора способов и технических средств борьбы с налипанием и намерзанием горной массы в зависимости от погодно-климатических условий северных регионов, обеспечивающих повышение производительности и продление сезона работы комплексов непрерывного действия в этих условиях.
Для достижения поставленной цели был проведен анализ влияния на налипание и намерзание связных пород различных факторов. Выявлено, что основными факторами, влияющими на интенсивность налипания и последующего намерзания связных пород, является их влажность, а также естественный температурный перепад между талыми породами, взятыми из вскрышного или добычного забоя, и низкими отрицательными температурами рабочих поверхностей горнотранспортного оборудования при существующих в условиях Севера резких суточных и сезонных колебаниях температур.
Исходя из цели диссертационной работы, был исследован процесс теплообмена мевду связными породами, прошедшими естественную или искусственную биогенную подготовку, и рабочими поверхностями горнотранспортного оборудования, что позволило определить параметры, при которых возможна транспортировка горной массы без налипания и намерзания.
Установлены условия промораживания горного массива или кусков горной массы в зависимости от времени транспортирования, температуры окружаыцей среды и свойств породы, тем более, что современные конструкции роторных экскаваторов, а особенно с повышенным удельным усилием копания, являются вполне приспособленными для выемки глинистых грунтов в мерзлом состоянии /4/.
В практическом плане работа содержит рекомендации по криогенной подготовке связных пород при отрицательных температурах с их последующей транспортировкой конвейерным транспортом в условиях Алданского района и . , рекомендации по их разработке с использованием роторных комплексов.
Основная идея работы заключается в использовании для борьбы с адгезионными явлениями криогенной подготовки связных пород и применении материалов с низким коэффициентом тешюусвоения для рабочих поверхностей горного оборудования.
При выполнении работы велись:
• теоретические исследования для количественной и качественной оценки интенсивности адгезионных и криогенных процессов как в отдельных кусках горной массы, так и в транспортируемом ее объеме при различных температурах окружающей среды;
• экспериментальные исследования липкости связных пород погребенных россыпей Алданского района в зависимости от их влажности, удельного давления, времени контакта с поверхностью, температуры и материала штампа;
• натурные наблюдения процесса транспортирования горной массы, не прошедшей и прошедшей криогенную подготовку, цри различных комбинациях ее загрузки на конвейер в условиях отрицательных температур.
В диссертационной работе отражены следующие новые научные положения:
• установлены новые закономерности изменения влагосодержания в приконтактном слое горной массы под влиянием термодиффузии влаги, вызванной температурным напором на адгезионном контакте, которые обусловливают изменение налипания связной горной массы на рабочие поверхности добычного и транспортного оборудования не более чем на Ъ%;
• установлено, что температура в слое горной массы, контактирующем с рабочей поверхностью горного оборудования, будет отрицательной, если TQ/К? О ; при этом в первом случае имеет место намерзание горной массы, а во втором - налипание, где - температура воздуха и соответственно рабочей поверхности горного оборудования, и Т - начальная температура горной массы. Для этих двух условий разработаны соответственно способ криогенной подготовки горной массы и способ, использующий футеровку рабочих поверхностей горного оборудования специальными материалами;
• установлено, что при попадании на рабочие поверхности горного оборудования пленки свободной воды прочность адгезионного контакта и налипание на них связной горной массы существенно повышаются, что обусловлено увеличением числа единичных контактов глинистых частиц при гидратации породы и упрочнением ее адгезионного взаимодействия при дегидратации, на основе чего определена область применения способов биогенной подготовки и подсушивания горной массы.
Практическая ценность работы заключается в разработке методики выбора рациональных споообов и технических средств предотвращения налипания и намерзания связных пород на горное оборудование в погодно-климатических условиях Севера, позволяющей повысить производительность и продлить сезон работы роторных комплексов в северных регионах страны. На основании этой методики составлены "Рекомендации по борьбе с налипанием и намерзанием горной массы при разработке погребенных россыпей Алданского района роторными комплексами непрерывного действия", которые приняты институтом "Якутзолотопроект" к использованию при проектировании способов и мероприятий по борьбе с налипанием и намерзанием глинисто-песчаной горной массы в суровых погодно-климатических условиях Севера при ведении вскрышных и добычных работ роторными комплексами на месторождениях комбината "Адцанзолото". Ожидаемый годовой экономический эффект составил 218,4 тыс.руб на один роторный комплекс.
Основные положения диссертационной работы докладывались на УШ Всесоюзной научной конференции вузов СССР с участием научно-исследовательских институтов "Комплексные исследования физических свойств горных пород и процессов" (Москва, МГИ, февраль 1984 г.)| на техническом совещании в научно-исследовательском институте тяжелого машиностроения производственного объединения Новокраматорского машиностроительного завода (Краматорск, октябрь 1983 г.); на технико-экономическом совете комбината "Алданзолото" (ЯАССР, март 1984 г.).
Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени горном институте на кафедре Физика горных пород и процессов и на Алданском ордена Октябрьском революции золотодобывающем горно-обогатительном комбинате "Алданзолото".
Экспериментальные исследования и натурные наблюдения проводились в подразделениях комбината "Алданзолото" производственного объединения "Якутзолото", на Иршинеком ГОКе, на Стоплен ском и Михайловском ГОКах КМА, в подразделениях производственных объединений "Востсибутоль" и Уралзолото".
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.т.н., проф. С.А.Гончарову и сотрудникам МГИ к.т.н. Капустину А.А., к.т.н. Мочалову В.И., к.т.н. Алексееву А.Ф., к.т.н. Анисимоцу В.Н. и др., а также сотрудникам комбината "Алданзолото", ПО "Якутзолото", Института горного дела Севера Я® СО АН СССР д.т.н., проф. Схдгбе В.Н., к.т.н. Микулевичу А.Д. и др. за полученные консультации.
I. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСОВ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ СВЯЗНЫХ ПОРОД ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
I.I. Современное состояние и перспективы использования комплексов непрерывного действия в погодно-климатических условиях Севера
Дальнейшее развитие производительных сил напей страны связано с освоением природных богатств Урала, Сибщ>и, Дальнего Востока, Севера и Северо-Востока СССР, причем особое внимание уделяется расширению сырьевой базы золотодобывающей промышленности и ее перспективам, связанным с вовлечением в эксплуатацию погребенных россыпных месторождений.
Актуальность ввода в эксплуатацию многочисленных погребенных россыпей с обширной географией и разнообразными климатическими, горно-геологическими и горнотехническими условиями обсуждалась на многих специализированных совещаниях по геологии
Изменение естественных температур воздуха погодно-климатических условий на метеостанции
Алдан.
I-максимальные температуры воздуха; 2-средние температуры воздуха; 3-минимальные температуры воздуха.
Рис. I.Io
Таблица I.I Некоторые характеристики районов Севера
Показатели пп
Единица измерения '4 ? 4
Европейс-j Западно-Си-{Восточно-;Северо-кий Север{бирский }Сибирский|Восток j Север Север j
Все районы }Севера f Ж
1. Площадь территории тысл!? 1321
8,6-20,2 15,2-27,5 15,5-38,6 26,7-48,0 суток 160-252 189-258 3-9,3 3-8,4
190-263 210-286
1,1-6,5 0,5-12,9 I
I—I со I
Ш фек с
Я * к Ч о -о ч ? ^ а чЬ I
I - средняя температуре; 'I - средний минимум температуры; h
3 - средняя скорость ветра; 4 - суровость погоды (жесткость климата); *
5 - дни положительных температур; в - дни отрицательных температур.
Рис. 1.2 россыпных месторождений (Москва, 1964 г.; Иркутск, 1967 г, и др.), освещалась в ряде докладов на научном совещании по долгосрочной комплексной цро1раше развития производительных сил Якутской АССР (Якутск, 1979 г.). При этом указывалось на необходимость разработки какой-либо погребенной россыпи на территории Алданского района Якутской АССР как экспериментальной из значительного ряда подобных /7/.
Перерабатываемая горная масса погребенных россыпей Алданского района относится к связным породам и представлена сложно-структурными отложениями трудноцромывистых аллювиальных глинисто-песчаных пород, у которых взаимодействие между минеральными частицами осуществляется в основном за счет водно-коллоидных связей. Содержание глинистых фракций в различных областях месторождений как у вскрышных пород, так и в песках россыпи колеблется от 20 до 60%. По геоморфологическим условиям залегания погребенные россыпи представляют собой переуглубленные долины, заполненные в основном талыми аллювиальными отложениями с запасами горной массы до нескольких сотен миллионов кубических метров.
При относительно невысоком содержании запасы золота в этих месторождениях обладают промышленной ценностью при условии разработки их открытым способом с использованием высокопроизводительного горнотранспортного оборудования (например, роторных комплексов) и передовой поточной технологии /7/.
Механизированные комплексы непрерывного действия'на базе роторных экскаваторов отличаются большой производительностью благодаря совмещению основных цроцессов разработки: выемки, транспортирования и складирования/8-Ц/» вследствие чего их применение получило широкое распространение в мировой практике открытых горных работ, В настоящее время в ГДР техникой непрерывного действия разрабатывается 900 млн.м3, в ФРГ - 350 млн. м3, в ЧССР - 100 млн.м3 горной массы в год. В СССР, по данным института УкрНИИпроект, годовой объем работ, цриходяцийся на долю этой техники, должен быть доведен в годы 12-й пятилетки до 2,15 мад.м3 /12,13/.
Таблица 1.2
Климатические условия основных месторождений СССР, на которых применяются экскаваторы непрерывного действия (по данным СНиП 6-72)
Район разработок
Температура, оС
Осадки
Сред-}Мак- Минине- СИ- " годо- Максималь-• ,ка(-) f ! I
Ь 1 6 I баний т
Число дней сред-не-{суто
ЧНОЙ тем-{пера-{туры {ниже {оС t
Сум-{мар-,ные
Средняя {относи
Вы- {тельная сота {влажность сне- \%% жного {——|по- {Зи- {Ле-крова;мой {том i ! в 1 9 1 Ю 1 Р IB IIS i У I
1. Среднеазиатский 14,3 47
2. Прикаспийский II 43
3. Крымский 11,7 38
4. Прибалтийский 6,8 36
5. Львовский 6,7 37
6. Среднеднецровский 7,8 40
7. Житомирский 6,4 39
8. Нижнеднепровский 9,2 39
16 20 21 21 23
5.9-8,6 4,1-10,6 5,7-10,6 5,4-13,3 4,4-10,8 5,0-11,6
19,914,214,612,914,317,215,314,8
•25,6 ?19,1 ?21,4 •22,9 •23,4 •25,4 ?20,3 •20,5
13 82 23 96 94 112 118 102
204 214 439 656 798 561 670 493
Н.д НО 230 90
74 77 83 86 86 86 86 86
38 61 61 77 75 63 71 59
9. Подмосковный 4,9 38 42 24
10. Лебединский 6,3 41 37 24
II. Часов-Ярский 7,8 41 38 25
12. Воронежский 5,4 41 38 25
13. Михайловский 4,6 38 39 25
14. Приморский 1,5 41 46 32
15. Южно-Уральский 2,5 41 45 35
16. Райчихинский -1,5 40 50 36
17. Экибастузский 1.9 42 47 37
18. Южнобурятский -1,4 40 49 38
19. 1аранорский -2,7 41 55 39
20. Назаровский -0,2 39 60 41
21. Азейский -2,2 35 54 41
22. Ирша-Бородинский -0,7 38 51 42
Продолжение таблицы 1.2
• ! Ц ! 9 1 10 ! IT ! Та 1 ТЯГ
Н.д Н.д 133 Н.д Н.д 86 72
129 580 190 84 64
4,9-11,2 14,2-21,0 118 607 150 90 59
5,2-12,0 16,3-22,4 141 696 250 85 64
5,2-11,8 19-23,5 146 674 260 67 69
10,3-14,1 20,1-27,5 161 693 Н.д 75 78
6,0-11,6 19,0-25,4 163 533 820 80 64
9,4-12,7 19,6-26,6 177 575 210 76 77
8,0-13,4 21,7-30,8 169 352 210 82 59
9,0-15,2 18,4-27,5 174 255 60 75 62
12,4-15,8 23,8-29,9 184 323 90 76 66
9,4-13,3 22,7-30,3 182 520 390 76 70
11,6-16,0 23,7-34,1 189 438 360 76 71
Н.д Н.д 182 436 220 77 68
Наибольшую цроблему цредставляет перемещение конвейерным транспортом глинистых пород в условиях отрицательных температур. Активное налипание и намерзание глинистых пород на ленту вызывает серьезные затруднения при эксплуатации ленточных конвейеров в зимний период и является основной цричиной сезонного использования ленточных конвейеров для транспортирования глинистых пород. На конвейерах с длиной става до 1000 м при скорости движения ленты 5 м/с время контакта породы с лентой достигает 3,3 мин, что, по данным Свердловского горного института, соответствует прочности цримерзания порядка 0,4-0,5 МПа (прочность же прилипания на порядок меньше и не превышает в наиболее неблагоприятных случаях 0,05 МПа). За время простоев ленты с глиной или мелом прочность цримерзания повышается до 1,41,5 МПа. Поэтому обычные механические способы очистки ленты оказываются непригодными для борьбы с намерзанием глинистых пород /21/.
Опыт эксплуатации роторных комплексов на карьерах КМА. при разработке связных пород в условиях отрицательных температур показывает, что основной причиной снижения их производительности и эффективности являются длительные простои, прямо или косвенно связанные с адгезионно-криогенными явлениями (рис» 1.3). Горные породы, слагающие вскрышную осадочную толщу, представлены в основном влажными глинами, суглинками, мелами и мергелем. Характерной особенностью этих пород является их склонность к активному адгезионному взаимодействию с поверхностями транспортных средств и рабочих органов горных машин. Налипание и намерзание связных пород на рабочие поверхности ковшей экскаваторов и перегрузочных узлов, заштыбовка подконвейерного пространства, повреждение, повышенный износ, сход конвейерной ленты и пр. - таковы объективные последствия адгезионно-криогенных явлений, резко снижающих эффективность использования роторных комплексов. Следует отметить также, что борьба с намерзанием осуществляется в основном путем ручной очистки от уже намерзшей горной массы, что представляет собой крайне тяжелый и непроизводительный труд. Простои, связанные непосредственно с очисткой от налипшей и намерзшей горной массы,в среднем за год составляют 15-20$, а в период отрицательных температур - 120-130$ от чистого времени работы комплексов /22/.
Возможность работы роторных комплексов в зимнее время обеспечивается следующими основными мероприятиями:
1. Повышением удельного усилия до 3 МПа и применением специальной технологии резания, что позволяет разрабатывать мерзлые связные породы.
2. Повышением прочности металлоконструкций экскаватора и его энерговооруженности.
Изменение месячной и часовой производительности роторных комплексов в течение года при разработке связных пород КМА.
Рис. 1.3
1 - месячная производительность КУ-800 № I;
2 - месячная производительность ЭРГ-400;
3 - месячная производительность К-300;
4 - часовая производительность КУ-800 № I;
5 - часовая производительность ЭРГ-400;
6 — часовая производительность К-300.
3. Изготовлением роторного колеса бескамерной конструкции с увеличенным количеством ковшей, а также изыскание рациональных конструкций роторного колеса, черпаков и геометрии режущих кромок.
4.Применением морозостойких и высокопрочных конвейерных лент.
5. Предохранением забоя от промерзания (рыхлением, теплоизоляцией и пр.).
6. Борьбой с налипанием и намерзанием горной массы на рабочие поверхности высокопроизводительного горнотранспортного оборудования /23,24/.
Следует подчеркнуть, что мероприятия пл. 1-4 подразумевают выполнение конструктивных особенностей экскаватора и конвейерных линий, а также применение специальной технологии ведения горных работ. Мероприятия пл.5 и 6, как будет показано в дальнейшем, выполнимы при физических воздействиях на разрабатываемый массив и транспортируемую горную массу. Кроме того, цредо-хранение забоя от промерзания может отрицательно сказаться на производительности роторного комплекса, поскольку в этом случае будет иметь место интенсивное налипание влажной горной массы на металлоконструкции и конвейерную ленту /25/. С этой точки зрения целесообразнее интенсифицировать промерзание забоя для предотвращения налипания и намерзания горной массы на рабочие поверхности горного оборудования, поскольку мерзлая горная масса не проявляет адгезионных свойств.
Физико-механические свойства талых и мерзлых пород погребенных россыпей Алданского района и месторождений центральных районов (Урала, КМА, Иршинских ильменитовых россыпей и др.), где используется роторная техника, мало отличаются. Это делает целесообразным создание новой технологии добычи и переработки связных пород роторными экскаваторами на Севере даже при переработке их в мерзлом состоянии. Необходимым условием для этого является наличие эффективных методов борьбы с налипанием и намерзанием. Изыскание таких методов требует детального изучения адгезионно-криогенных процессов в связных породах и влияния на них суровых погодно-климатических условий Севера.
