Дробление горных пород и характеристики кусковатости горной массы

Введение

Себестоимость добычи горной массы на открытых и подземных горных работах, производительность труда наиболее трудоемких операций погрузки, транспорта и переработки горной массы существенно зависят от качества дробления горных пород взрывом. Улучшение качества дробления не только увеличивает производительность основного добывающего оборудования, но и обеспечива­ет снижение аварийности и увеличение межремонтных сроков работы погрузочно-транспортного и перерабатывающего оборудования.

Вместе с тем повышение качества дробления горной массы, как правило, связано с увеличением трудоемкости буровзрывного комплекса горнодобывающего предприятия: увеличением объемов бурения, зарядки, удельного расхода ВВ и, следовательно; повы­шением стоимости готовой продукции. Кроме того, следует учиты­вать возможные вредные последствия увеличения суммарной массы заряда, т.е. усиления сейсмического действия взрыва и расши­рения зоны разлета осколков. Специальные меры, нейтрализующие вредные последствия массовых взрывов, требуют дополнительных затрат, что в свою очередь, увеличивает стоимость готовой продукции.

Таким образом, поиск оптимальных технологических требований к горной массе предполагает решение комплекса весьма сложных технических и технико-экономических задач, включающих все аспекты горной технологии. Решение этих задач связано также с проведением технологических и технико-экономических исследований влияния различных технологических схем на качество дробления горной массы.

Исследовательская практика специалистов горнотехнологического профиля в разное время по-разному освещала проблему кусковатости горной массы. Первоначально, при несовершенном и малопроизводительном горном оборудовании, качество дробления характеризовалось в основном так называемым "выходом негабарита". Причем негабаритной считалась та часть горной массы, которая требовала дополнительных мероприятий по додрабливанию, диктуемых возможностями существующих погрузочно-транспортных машин.

Со временем «негабариты» потеряли жесткие рамки. Современные экскаваторы могут грузить куски, размер которых выше - официального "негабаритного" размера 1200 мм, но средства транспорта могут вывозить эти куски только при соблюдении специальных условий: укладывания крупных кусков на подушку из мелочи или перевозки этих кусков на специальных автомобилях без амортизаторов. Таким образом, эта характеристика приобрела неоднозначность: с одной стороны, осталось в силе требование дополнительного дробления крупных кусков в забое, но
крупность таких негабаритов выросла до 1,5 м и больше, с другой стороны, определился негабарит, который может быть выведен только специальными транспортными средствами. Наличие такого негабарита снижает производительность экскавации, но не требует дополнительных средств дробления негабаритов. Однако появление новых средств разделки негабарита и нового транспортного оборудования делают эту характеристику кусковатости нестабильной.

Кроме того, дает себя знать малая информационная значимость характеристики «выход негабарита". Достаточно сказать, что “выход негабарита" на современных предприятиях оценивает­ся несколькими процентами или долями процента. Таким образом, заключение об остальном объеме горной массы дается на основе этой столь непредставительной характеристики. В последнее время в горной технологии все более широкое распространение получили другие характеристики: выход кондиционной фракции (400, 500, 600 мм и т.п.) и средний размер куска. Эти показа­тели позволяют определять гранулометрический состав горной массы с большей точностью и при меньшем количестве замеров, чем "выход негабарита".

Рассматривая горнотехнологические проблемы поиска адекватных характеристик кусковатости горной массы, исследователи вынуждены были привлечь к решению этих- вопросов современные теории разрушения твердых сред.

Таким образом, к настоящему времени сформировались две точки зрения на проблему кусковатости, одна из которых уделяет максимум внимания вопросам технологии и техники, добычи и пере­работки горной массы, другая - вопросам формирования совокупности кусков, образующихся при разрушении горных пород. Плодотворное сотрудничество этих двух исследовательских направлений выработало к настоящему времени научно обоснованную программу прикладных исследований, которая включает в себя как горнотехнологические, так и теоретические задачи, раскрывающие законо­мерности разрушения горных пород. Эта программа постепенно включает в себя все более и более специальные вопросы горной технологии: изучение и классификацию свойств и структурных особенностей массива, сказывающихся на формировании гранулометрического состава, исследование устойчивости горных пород при динамических и статических нагрузках.

Широкий фронт исследований, выполняемых в России и за рубежом по этой программе, обеспечивает решение не только прикладных технологических задач, но и накапливает богатый и разносторонний материал, позволяющий понять суть Сложных физических процессов разрушения реальных многофазных сложноструктурных сред, какими являются горные породы. В этой связи конкретная постановка исследований, применение современных методов получения и обработки первичной информации приобретают первосте­пенное значение. Если раньше позволительно было упрощать методы определения гранулометрического состава горной массы, то в настоящее время требуются исчерпывающие данные о кусковатости и методах ее определения, обеспечивающие равную точность во всем диапазоне размеров частиц. Все это требует серьезного и основательного рассмотрения методов получения данных о свойствах кусков горной массы.

Лучшие результаты дают статистические методы исследований и анализа полученных данных. Правильное и систематическое использование этих методов позволяет уверенно решать на основе данных производственных и лабораторных исследований как технологические, так и научно-исследовательские физические задачи.

Разграничение целей исследований на технологические и научно-познавательные обуславливает два различных подхода к мето­дам исследования кусковатости горной массы, которые, на первый взгляд, противопоставляются и противоречат один другому.

Технологические задачи требуют экспресс-методов определения и получения технологических характеристик кусковатости, хорошо коррелирующих с технико-экономическими показателями ра­боты горного оборудования. Порой сами технологические показатели служат характеристиками кусковатости или основами классифи­кации горной массы по этому признаку. В качестве такой характеристики может выступать производительность погрузочных машин, выпускных комплексов при подземной добыче, энергетические параметры (мощность, энергоемкость) основных узлов погрузочных машин.

Исследовательские задачи требуют более детальной и, самое главное, научно обоснованной и точной информации о кусковатости, сбор которой сопровождается значительными трудовыми и временными затратами.

Это обстоятельство заставляет технологов использовать менее строгие, но более оперативные методы замеров, пренебрегая точностью ради скорости. Такой подход вполне оправдан, но и в этом случае необходимо оценивать потерю точности и информативной значимости полученных результатов, что требует сравнитель­ных методических исследовательских работ.

В этой связи рассматриваются и широко обсуждаются и вопросы корреляции и сравнительной значимости различных методических подходов к определению кусковатости горной массы, которые имеют не только методическое, но и технологическое значение, поскольку связывают физические параметры системы кусков с технико-экономическими показателями процессов добычи и переработки минерального сырья. Корреляционные соотношения могут служить характеристикой производственной деятельности горного предприятия - мерой сравнения технологических и технико-экономических различий в деятельности различных предприятий, помогающей корректировать и уточнять эффективность работы однотипного оборудования в различных горнотехнических условиях.

Практические выводы исследований кусковатости горной массы сводятся прежде всего к прогнозированию качества дробления при заданных параметрах отбойки и к определению производительности погрузочно-транспортного оборудования в зависимости от качества дробления.

Решение - этих главных практических задач неразрывно связано с сопутствующими задачами научного изучения природы процессов разрушения и соответствующих свойств горных пород. Здесь необходимо отметить одну важную особенность современного состояния проблемы - многозначность методов прогноза, что объясняется множественностью феноменологических гипотез о ха­рактере процесса разрушения. Сейчас вряд ли необходимо ставить вопрос о выборе или разработке единого методического под­хода к этой проблеме. Более целесообразны исследования различных моделей процесса дробления, включая детерминированные гидродинамические и статистические феноменологические гипотезы разрушения.

Особое распространение получили в последнее время различные эмпирические методики прогноза, основанные на обработке большого объема экспериментального материала и анализе производственного опыта. Систематизация и взаимное сопоставление подобных исследований позволяет судить о возможностях фи­зических и феноменологических гипотез, о применимости тех или иных научно-методических предположений к реальным условиям взрывного разрушения горных пород. Эти наблюдения и выводы являются важным эталонным материалом, определяющим применимость теоретических выводов.

Кроме того, простые соотношения между различными техноло­гическими параметрами и результатом взрывного разрушения по­зволяют прогнозировать кусковатость или подбирать оптимальные параметры БВР в конкретных горнотехнологических условиях.

ДРОБЛЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД И ХАРАКТЕРИСТИКИ КУСКОВАТОСТИ ГОРНОЙ МАССЫ