Пути и тенденции развития горной техники и технологии

ЛЕКЦИЯ № 1

Введение. Цели и задачи курса ПРРМ Пути и тенденции развития горной техники и технологии

Что такое процесс – это отдельный элемент технологии. Совокупность процессов составляет технологию. С изучения дисциплины ПРРМ начинается профилизация специалистов по подземной разработке рудных месторождений.

Целью этой дисциплины является изучение современной и перспективной технологии, механизации и организации производственных процессов при подземной добыче руд, методов расчета основных производственных процессов.

Основными задачами нашего курса являются:

1. Овладение студентами теории и передовой практикой выполнения производственных процессов подземных горных работ.

2. Научиться инженерному обоснованию технологии, механизации и организации основных производственных процессов.

3. Приобретение навыков организации и технического надзора за выполнением основных процессов горного производства.

ППГР тесно взаимосвязана с такими дисциплинами, как: «Разрушение горных пород взрывом», где студент осваивает теорию взрыва, общие принципы взрывных работ. А конкретное применение этих знаний происходит в курсе ППГР. Также данный курс связан с такими дисциплинами, как: «Основы физики горных пород», «Геомеханика», «Горные машины и механизмы».

С другой стороны, знание ППГР является необходимым при изучении таких дисциплин, как: «ТКМ подземной разработки рудных месторождений», «Строительство горных предприятий», «Проектирование рудников», «Вентиляция рудников» и дисциплин специализации.

Пути и тенденции развития горной техники и технологии

Понятие «техника» происходит от греческого слова «techne», означающего умение, мастерство. В античную эпоху это слово ассоциировалось с мастерством художника, музыканта. Со временем это понятие расширилось на: орудие труда, механизмы, машины.

Понятие технологии включает в себя совокупность эффективных приемов применения техники для получения какого-либо продукта труда.

Задача технологии – создать оптимальные условия для использования техники.

История горной техники, как и техники вообще, - это история постепенной передачи машинам и приборам функций человека, история опредмечивания его физических и интеллектуальных функций.

В своем развитии горная техника прошла длинный исторический путь совершенствования. Этапы и их эволюция связаны с использованием различных энергетических источников. Рассмотрим вкратце эти этапы.

I. Биоэнергетический этап (чел. инстр. предмет труда). В качестве энергии использовалась мускульная сила человека и животного. Мускульная сила человека использовалась для привода в действия подъемных машин, вентиляции, откачки воды, отбойки и транспортировки руды.

Затем широко применялась энергия ветра и воды.

II. Этап машинного производства (человек – машина - инструмент - предмет труда). Промышленный переворот XVIII-XIX вв., с изобретением паровой машины, а затем двигателей внутреннего сгорания открыл путь машинному производству. Расширились масштабы горнодобывающей промышленности.

III. Этап электрификации: Основой современной техники механизации и автоматизации производства является электрификация.

IV. Этап автоматизации. Сущность данного этапа заключается в передаче функций управления техническим устройствам.

История развития и современное состояние науки и техники в области производственных процессов добычи руд.

Рудная ветвь (раздел) горной науки возникла в 1938-40 годах, когда в стране были учреждены первые НИИ. Ее возникновение вызвано бурным развитием горнорудной промышленности.

Со времен первых пятилеток размер добычи руд черных, цветных и редких металлов возрос примерно в 10 раз. Для обеспечения такого развития промышленности и создание новой техники требовалась решение новых научно-технических задач.

Специфика горной науки – заключается в том, что она имеет прикладной характер (используются результаты исследование фундаментальной науки).

Главная задача – раскрытие закономерностей и научное обеспечение сложных явлений и процессов, происходящих при разработке полезных ископаемых с целью совершенствования техники и технологии горного производства.

Содержание. Среди многих проблем ведущее значение имеют 3 проблемы:

- физика и техника разрушения горных пород;

- горное давление и сдвижение;

- экономика и экономико-математические методы исследования.

Советским ученым и инженерам принадлежит приоритет в разработке научных основ проектирования шахт. Эта система расчетных методов и полученных на основе применения этих методов конкретных рекомендаций.

Аналитический метод Б.И. Бокия (1929) получил дальнейшее развитие в работах Л.Д. Шевякова, А.С. Попова.

Исследование способов вскрытия. Придается важное значение при проектировании. Б.И. Бокий в работе «Аналитический курс горного искусства» дал оригинальные решение 3-х способов вскрытия. Л.Д. Шевяков опубликовал работы по определению наивыгоднейшего места заложения стволов и размеров шахтного поля. Развитие этих вопросов нашло в 30-50 гг. в трудах П.З. Звячина, Р.А. Селецкого (ИГД им. Скочинского).

Для решение задач вскрытия наиболее часто применяется метод технико-экономического анализа и сравнение вариантов области применения различных способов вскрытия.

ИГД им. А.А. Скочинского разработал графо-аналитическое решение задачи.

Б.И. Бокий предложил аналитический метод, сущность которого заключается в попарном сравнении способов вскрытия по сумме учитываемых затрат.

В последнее время получают развитие экономико-математические методы исследования способов вскрытия с использованием ЭВМ.

Сейчас большое внимание уделяется изысканию схем вскрытия рудников крупного масштаба с большими глубинами разработки, изучению преимуществ капитальных рудоспусков и концентрации подъемно-транспортных работ, усовершенствованию выработок околоствольного двора.

Исследование подготовки шахтных полей – решается аналогичным методом решения задач вскрытия. А.М. Курносовым разработана методика сравнения экономической эффективности этажного и панельного способов подготовки.

Отбойка руды – это широкое понятие включает комплекс буровых и взрывных работ, связанный с регулированием кусковатости.

В 1935 г. впервые в мире на рудниках СССР были созданы буры, армированные твердым сплавом. Это способствовало внедрению штангового бурения. В настоящее время глубина бурения ограничена из-за низкого качества буровой стали и соединений штанг. Дробовое бурение вытеснено ударно- вращательным с погружными пневматическими молотками. В настоящее время во всех горнорудных районах страны применяется этот способ бурения (НКР-100). За внедрение его авторы коллектив под руководством Б.В. Суднишникова в 1966 г. удостоен Ленинской премии. Станки НКР-100 позволили увеличить глубину скважин (на всю высоту этажа или глубокий веер и т.д.).

Применение взрывных скважин для отбойки руд вызвало выход «негабаритов», осложнивших процессы выпуска, погрузки и транспорта.

В 1950-56 г. В.И. Терентьев первый получил аналитическую зависимость для установления оптимальной ЛНС. Следующий этап исследований провел Л.И. Барон. В.Р. Именитов исследовал влияние процесса выпуска руды на потери и разубоживания.

Проблема выхода негабарита решается в 2-х направлениях:

1. Увеличение кондиционного куска.

2. Улучшение дробления руды при отбойке (КЗВ).

В 1959-1960 г. начаты широкие исследования отбойки руды в зажатой среде глубокими скважинами. Первой работой в этой области была монография В.Р. Именитова. Он разработал метод моделирование действия взрыва в эквивалентных материалах.

Выпуск и доставка является одним из трудоемких процессов и затраты на них составляют 30-50% всех затрат на очистную выемку, оказывают решающее влияние на систему разработки и ее параметры, определяют тип и форму днища блока, величину П и R.

Основные положения теории выпуска разрабатывались С.С. Минаевым, Л.С. Тортаковским, Г.М. Малаховым.

Г.М. Малахов определил размеры эллипсоида выпуска и предложил метод расчета извлечения и разубоживания, руды в зависимости от конструктивных элементов системы разработки.

За рубежом в начале 50-60-х годов начали применять торцовый выпуск. Впоследствии он нашел применение на рудниках СССР.

Развитие вибротехники внесло новое в проблему выпуска руды. Увеличивается зона разрыхления, фигура эллипсоида выпуска в плоскости вибролотка увеличивается, что позволяет увеличить расстояние между выпускными отверстиями.

Прогрессивным способом доставки является способ использовании энергии ВВ.

Управление горным давлением. Проф. В.Д. Слесарев провел теоретические исследования по определению оптимальных размеров целиков и по управлению горным давлением. Авершин С.Г., Кузнецов Г.Н., Борисов А.А., Ветров С.В., Шевяков Л.Д.,

Акад. Агошковым М.И., Бурцевым Л.И. исследован процесс получения твердеющей гидравлической закладки из хвостов ОФ. Цыгалов М.Н.

Исследования по борьбе с горными ударами начаты, ВНИМИ в 1951 г. Установлено, что горючие удары происходят в результате хрупкого разрушения пород, сопровождающего высвобождением энергии упругих деформаций, накопленной в пласте и породах и переходом ее в кинетическую.

Разрушение горных пород.

Основоположником учения о крепости пород является М.М. Протодьяконов его в 1997 г. и создал систему в 1926 г. Руппенейт К.В., Динник А.Н., Шерман Д.И., Савин Г.Н.

В 1930 г. появились показатели буримости, зарубаемости, взрываемости – их достоинством являлось то, что они увязывались с производственными условиями. К 1970 г. по вопросам физико-механических свойств пород было опубликовано более 3000 работ.

Электрофизическое разрушение – применяется в диэлектрических породах. За счет концентрации под электродами электрического поля высокой напряженности, которое приводит к диэлектрическому нагреву зон под электродами, к образованию температурных напряжений и расколу кусков.

Разрушение радиоволнами сверхвысоких частот – в начале 1950 г. установлено, что радиоволна сверхвысокой частоты (3000 Мгц) падающая на песчаник вызывает откол тонких пластинок с его поверхности. Отсутствия достаточно мощных сверхвысоких генераторов непрерывного действия приостановило работы в этой области.

Принципиальное отличие нагрева от разрушения радиоволнами заключается в том, что радиоволновый нагрев происходит одновременно изнутри и снаружи по всем объеме одновременно.

Разрушение электрическими разрядами – отличаются взрывным характером.

Управление горным давлением.

Проф. В.Д. Слесарев определяет горное давление как силу созданную движением горных пород и их деформациями, вызванными нарушением прежде существовавшего равновесия этих пород в результате проведения горных выработок. Справедливость этого положения подтверждается практикой.

Вопросы управления горным давлением в дореволюционной России разрешались в основном с помощью эмпирических формул. Широкие научные исследования были начаты в СССР. Полученные решения позволяют подойти более правильно к решению вопросов управления горным давлением большую роль в этом сыграли: М.М. Протодьяконов, П.М. Леонтовский, Л.Д. Шевяков, П.М. Цимбаревич, В.Д. Слесарев и др.

В 1908 г. была опубликована работа М.М. Протодьяконова «Давление горных пород на различную крепь». В последующем он дал практические предложение по расчету рудничной крепи на базе обоснованной им теории свода обрушение.

Акад. Л.Д. Шевяков разработал методы определения размеров МКЦ и размеров камер и состояние кровли. Доктор П.М. Цимбаревич сделал ряд обобщений и новых дополнений о физико-механических свойств горных пород, их деформации и устойчивости обнажений горных пород и теории горного давления.

Вторичное дробление:

За последние 20-30 лет увеличилась проблема вторичного дробления. Но радикального усовершенствование этого процесса не произошло, несмотря на ряд предложений. Помимо обычных и кумулятивных зарядов ВВ созданы и испытывались прессы, электрические методы. Выяснилось, что радикальными путями этой проблемы является увеличение кондиционного куска и регулирования параметров отбойки.

Поэтому вторичное дробление должно быть сведено к минимуму.