Характеристики насыпных грузов 2 страница

Основными характеристиками насыпных грузов являются кусковатость, плотность, угол естественного откоса, крепость, абразивность, содержание глинистых частиц, влажность, степень примерзания и налипания и др. По совокупности характеристик насыпных грузов определяют относительный показатель трудности транспортирования горной массы.

Кусковатость, или гранулометрический состав, характеризуется количественным распределением частиц (кусков) насыпного груза по крупности в отбитой горной массе. Крупность определяется линейным размером куска груза в наибольшем измерении.

Насыпные грузы называются рядовыми, если отношение максимального размера куска, содержащегося в разрыхленной массе, к минимальному равно или больше 2,5, и сортированными, если это соотношение меньше 2,5.

Для породы, угля и большинства других насыпных грузов, исключая руду, принята следующая градация по крупности кусков: особо крупнокусковые — размер куска более 320 мм; крупнокусковые — 320¸160 мм; среднекусковые — 60¸160 мм; мелкокусковые— 10¸60 мм; зернистые — 0,5¸10 мм; порошкообразные— 0,05¸0,5 мм; пылевидные — менее 0,05 мм.

Для определения кусковатости руды существует другая градация по крупности кусков: руда очень крупная — более 600 мм, крупнокусковая — 300¸600 мм, среднекусковая — 100¸300 мм, рудная мелочь — менее 100 мм.

Максимально допустимый размер куска, способного свободно проходить по перепускным выработкам через люки, размещаться в ковше погрузочно-транспортной машины или экскаватора, на рабочих органах транспортных установок или другого технологического оборудования, называется габаритным или кондиционным куском. В зависимости от типа горнодобывающего предприятия размеры кондиционного куска могут составлять от 200—300 до 1200—1500 мм. Кусок руды, превышающий по размерам кондиционный, называется негабаритом. После взрывной отбойки негабарит перед погрузкой и транспортированием разрушают в забое вторичным дроблением.

Отношение массы негабарита к общей массе отбитой руды называется выходом негабарита и выражается в процентах.

Таблица 1.1

Характеристики насыпных грузов

Насыпной груз	Насыпная плотность, т/м3	Угол естественного откоса. градус	Группа аб-разивности
в покое	в движении
Скальные породы	1,85 - 2,35	40—45	29—31	D
Рядовой каменный уголь	0,8 - 0,95	30—40	19—28	В
Антрацит	0,95 - 1	40—45	25—28	С
Руда черных и цветных металлов среднекусковая	2,1 - 3,5	30—50	23—35	D
Земля грунтовая сырая	1,6 - 1,9	35—45	25—35	D
Глина сырая	1,9 - 2	25—30	—	В
Гравий	1,5 - 2			В
Песок влажный	1,5 - 1,7			С
Щебень сухой	1,5 - 1,8			D
Цемент	1 - 1,8			С

По кусковатости транспортируемого груза выбирают вид транспорта, размеры грузонесущих органов и габариты транспортных машин. Например, при максимальном размере куска руды или породы до 300 мм, получаемого путем механической отбойки или вторичного дробления, обычно применяют конвейерный транспорт, для транспортирования горной массы с большими размерами кусков — другие виды транспорта. Размеры грузонесущих органов также выбирают по максимальному размеру транспортируемого куска.

Плотность — отношение массы груза к занимаемому им объему (т/м³). Различают плотность монолитной породы в массиве g_м и плотность разрыхленной горной массы g— насыпную плотность (табл. 1.1). Плотность горной массы в насыпке зависит от крупности кусков, влажности и других факторов. Плотность руды в насыпке, подлежащей транспортированию, g=1,8¸3,5 т/м³, плотность вскрышных пород g= 1,2¸2 т/м³.

Отношение плотности горной массы в массиве к плотности разрыхленной горной массы называют коэффициентом разрыхления: k_p = g_м/g>1. Коэффициент разрыхления характеризует увеличение объема разрыхленной горной массы по сравнению с объемом в массиве. Для крепких пород и руды k_p = 1,4¸1,8, для мягких пород k_p = 1,2¸1,3.

Насыпную плотность горной массы учитывают при определении производительности транспортных машин и выполнении тяговых расчетов.

Угол естественного откоса насыпного груза — это угол, образуемый боковой поверхностью горной массы в свободной насыпке и горизонтальной плоскостью характеризующий степень взаимной подвижности отдельных частиц горной массы.

Тангенс угла естественного откоса называют коэффициентом внутреннего трения горной массы.

Различают угол естественного откоса в покое j_п и угол естественного откоса в движении j_д (см. табл. 1.1), причем j_д<j_п, так как при перемещении горной массы происходит ее встряхивание или ворошение. Обычно j_д= (0,35¸0,7)j_п. Величина угла естественного откоса j_д зависит от кусковатости горной массы, влажности и других характеристик. Так, например, для мягких вскрышных пород j_д=15¸20°, для руд черных и цветных металлов j_д = 30¸35°.

По величине угла естественного откоса в движении определяют площадь поперечного сечения или объем насыпного груза на грузонесущих органах транспортных установок.

Крепость горных пород характеризуется коэффициентом крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова:

f_k=s_ж/10

где s_ж — временное сопротивление разрушению образца породы, МПа.

Для всех горных пород f_k = 0,5¸20. В зависимости от величины коэффициента крепости различают породы: некрепкие (f_k £ 3); средней крепости (f_k = 4¸9); крепкие (f_k = 10¸14); весьма крепкие (f_k = 15¸20). При разработке некрепких пород в том числе калийных и марганцевых руд, применяют механическую отбойку, пород и руд средней крепости и выше — взрывную отбойку.

Абразивность — свойство горной массы истирать (изнашивать) взаимодействующие с нею поверхности (загрузочные лотки, кузовы вагонов и автомобилей, конвейерные ленты и т. д.) в процессе погрузки, транспортирования и разгрузки. Транспортируемые горные породы по абразивности разделяют на четыре группы (см. табл. 1.1): А — неабразивные, В — малоабразивные, С —средней и D — высокой абразивности. Группа абразивности зависит от крепости, размеров и формы частиц горной массы. Крепкие и весьма крепкие руды и вскрышные породы являются высокоабразивными. При транспортировании их грузонесущие идругие элементы средств рудничного транспорта подвергаются интенсивному износу.

При выборе иэксплуатации транспортных машин, применяемых для перевозки средне- и высокоабразивных насыпных грузов, необходимо принимать меры по снижению износа грузонесущих элементов путем подбора соответствующих материалов, использования защитных футеровок, выбора оптимального режима работы машин.

Влажность насыпных грузов определяют по соотношению массы испарившейся в сушильном шкафу воды предварительно-взвешенной порции груза к массе оставшихся твердых частиц и выражают в процентах. Влажность зависит от влагоемкости; груза (способности к поглощению влаги) и притока воды. В шахтных условиях влажность руды обычно не превышает 2—3%. При содержании влаги более 3% и отрицательных температурах насыпные грузы склонны к смерзанию.

Влажная горная масса, находящаяся некоторое время в неподвижном состоянии, подвергается слеживанию — уплотнению. Содержание во влажной горной массе глинистых частиц повышает ее слёживаемость и липкость.

Липкость, слёживаемость и смерзаемость, а также кусковатость, определяют склонность насыпных грузов к сводообразованию — самопроизвольному возникновению сводов под выпускными отверстиями блоков, рудоспусков, бункеров и других емкостей. Сводообразование препятствует свободному истечению насыпных грузов из отверстий емкостей.

При выпуске руды под залегающими обрушенными породами, а также при ее доставке волочением или скольжением по почве выработок происходит разубоживание руды — засорение ее вмещающими породами. Уменьшить разубоживание руды можно путем правильного выбора режима доставки, применения различных направляющих и выполнения специальных мероприятий.

Основными характеристиками подлежащих транспортированию цементных растворов и бетонной смеси, используемых в строительстве, являются плотность и срок схватывания — их необходимо учитывать при выборе вида транспортной установки и максимального времени транспортирования.

Штучные грузы транспортируют либо раздельно (например, машины, их узлы, различное оборудование), либо упакованными в контейнеры, пакеты, кассеты. Основными характеристиками раздельно транспортируемых штучных грузов или их упаковок являются габариты, форма и масса. По этим трем основным параметрам определяют вед и конструкцию транспортной установки. Для перевозки людей применяют специальные транспортные машины.

Наливные грузы, основную долю которых составляют горюче-смазочные материалы для самоходных машин, характеризуются, в основном, плотностью. Такие грузы перевозят в автоцистернах или подают по трубам с поверхности шахты.

1.4. Грузопотоки горно-рудных предприятий

Объем перемещаемых грузов рудничным транспортом определяется величиной грузооборота, характеризующего мощность торно-рудного предприятия. Грузооборот — количество груза (в тоннах или кубических метрах), перемещаемого в единицу времени (смену, сутки, год). Необходимая производительность средств рудничного транспорта характеризуется грузопотоком — количеством груза определенного вида (в тоннах или кубических метрах), перемещаемого в определенном направлении в единицу времени. Грузопоток на гарно-рудном предприятии технологически увязывает комплекс транспортных машин от забоя до поверхности шахты или карьера.

Потоки однородных грузов, поступающие из одного забоя в один пункт разгрузки, называются элементарным грузопотоком. Несколько элементарных соединяющихся грузопотоков образуют сходящийся грузопоток, а один грузопоток, поступающий из одного забоя и разделяющийся затем на несколько грузопотоков, следующих к различным пунктам разгрузки, называется расходящимся грузопотоком. Грузопоток, вначале сходящийся, а потом расходящийся, называется сложным грузопотоком.

В зависимости от направления перемещения грузов различают прямые грузопотоки полезного ископаемого и породы, поступающие из шахты или карьера, и обратные (встречные) грузопотоки различного оборудования и вспомогательных грузов, закладочного материала для закладки выработанного пространства шахты.

Грузопотоки горных предприятий значительно изменяются во времени, что связано с горно-геологическими условиями, режимом работы выемочно-погрузочного оборудования, организационными и другими факторами. Изменение грузопотока во времени характеризуется коэффициентом неравномерности

где Q_max — максимальное значение грузопотока в единицу времени, т/ч (т/мин); Q_cp — средний грузопоток за время работы в течение смены, т/ч (т/мин). Средний грузопоток

где Q_см — сменный грузопоток, т; t_cм — длительность смены, ч (мин).

Для грузопотоков из очистных забоев рудных шахт коэффициент неравномерности k_н= 1,5¸2, по магистральным выработкам— k_н= 1, ¸1,5.

Расчетный грузопоток (т/ч), по которому выбирают производительность транспортной машины,

где t_м — машинное время —время работы машины за смену, ч (мин);

k_и = t_м/t_см<1 — коэффициент использования машины во времени (коэффициент машинного времени).

Производительность выбранной транспортной машины должна превышать расчетный грузопоток на 15—20%.

Максимальная величина грузопотока в рудных шахтах при использовании конвейерного транспорта в капитальных выработках достигает 7000 т/ч, локомотивного транспорта на откаточных горизонтах — от 400—500 до 4000—5000 т/смену.

Сглаживание неравномерности грузопотока, а следовательно, увеличение производительности средств рудничного транспорта и уменьшение их простоев, обеспечивается промежуточный: бункеризацией горной массы путем установки в транспортной линии аккумулирующих емкостей. На рудных шахтах роль аккумулирующих емкостей выполняют участковые и капитальные рудоспуски, а также подземные горные бункера. При добыче некрепких калийных руд комбайнами с использованием средств транспорта периодического действия (например, самоходных вагонов) применяют передвижные аккумулирующие емкости: (бункер-перегружатели), в которых накапливается руда при отсутствии под погрузкой самоходных вагонов. В карьерах роль аккумулирующих емкостей выполняют бункера или перегрузочные пункты, расположенные между выемочно-погрузочными и: транспортными средствами или на стыке различных видов транспорта.

Величину грузопотока вспомогательных грузов, доставляемых в шахту, определяют в зависимости от конкретных горно-геологических и производственно-технических условий разработки полезных ископаемых.

1.5. Оценка качества и надежности транспортных машин

Качество любой продукции, в том числе транспортных машин, характеризуется совокупностью свойств, обусловливающих их пригодность удовлетворять определенным потребностям в соответствии с их назначением. Характеристика свойств продукции, входящих в состав ее качества, рассматриваемая применительно к конкретным условиям ее создания и эксплуатации, называется показателем качества. К основным показателям качества транспортных машин относятся показатели надежности (безотказность, долговечность, ремонтопригодность), эргономические, эстетические, технологичности, транспортабельности,, стандартизации и унификации, экологические и безопасности.

Одним из основных показателей качества транспортных машин или транспортных систем является надежность — способность машины (системы) выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в течение требуемого промежутка времени. Надежность определяется безотказностью работы, долговечностью и ремонтопригодностью.

Безотказность — способность транспортной машины непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторой наработки (продолжительности работы) без вынужденных перерывов. Событие, вызывающее нарушение работоспособности, называется отказом. Показателями безотказности являются вероятность безотказной работы и интенсивность отказов. Интенсивность отказов

где Т_от — наработка на отказ, определяющая среднее значение наработки машины между отказами, ч.

где t — время работы машины, ч; п — число отказов за это .время.

При последовательной установке машин в транспортной цепи интенсивность отказов системы равна сумме отказов каждой машины данной системы. Надежность системы с параллельным расположением транспортных машин выше надежности системы с последовательным расположением машин.

Долговечность — свойство транспортной машины сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов. К показателям долговечности относятся срок службы между капитальными ремонтами и срок службы до списания машины.

Ремонтопригодность — свойство транспортной машины, заключающееся в приспособленности ее к предупреждению и обнаружению причин повреждения и их устранению путем проведения ремонтов и технического обслуживания. Ремонтопригодность характеризуется средней продолжительностью восстановления отказа T_вос (времени ликвидации неисправности) или коэффициентом ремонтопригодности.

Комплексным показателем надежности является коэффициент готовности К_г, характеризующий безотказность и ремонтопригодность машины,

При последовательном соединении машин в транспортной системе коэффициент готовности системы равен произведению коэффициентов готовности каждой машины, следовательно, с увеличением числа машин надежность системы снижается. Коэффициент готовности влияет на показатели эксплуатационной производительности транспортных машин.

Транспортные комплексы рудных шахт с учетом их надежности можно разделить на основные группы:

- с параллельным соединением элементов транспортной системы, когда при отказе одного элемента другие продолжают работать (например, комплексы, в которые входят локомотивный или автомобильный транспорт);

- с последовательным соединением транспортных машин (например, конвейерная линия, состоящая из нескольких конвейеров), когда отказ одного элемента транспортной системы ведет к прекращению работы комплекса;

- с последовательным соединением элементов и промежуточным бункером, когда при отказе и последующем восстановлении одного элемента другие могут работать или простаивать в зависимости от степени заполнения промежуточного бункера;

- со смешанным соединением элементов, которые образуют группы с последовательным или параллельным соединением машин (например, вибрационный питатель, подающий руду на конвейерную линию с последующей перегрузкой руды через рудоспуск в вагонетки электровозного транспорта). В этом случае коэффициент готовности определяют для групп элементов, составляющих комплекс машин, причем каждую группу принимают за самостоятельный комплекс машин с последовательным или параллельным соединением элементов.

Эргономические показатели характеризуют взаимосвязь «человек—машина» и учитывают комплекс гигиенических, антропологических, физиологических и психологических свойств человека, проявляющихся в производственных процессах.

Эстетические показатели характеризуют информационную выразительность, рациональность формы и другие факторы (например, колорит красок, тщательность отделки поверхности, выполнения сочленений и округлений и т. д.).

Технологические показатели характеризуют оптимальное распределение затрат материалов, средств труда и времени, затраченных при подготовке машины к производству, ее изготовлении и эксплуатации.

Показатели транспортабельности характеризуют приспособленность машины к доставке, например, от завода-изготовителя до шахты и с поверхности шахты до места ее работы в подземных условиях.

Показатели стандартизации и унификации характеризуют насыщенность машины стандартными и унифицированными (единообразными) частями, узлами и целыми агрегатами, что позволяет комплектовать машины различного назначения из однотипных частей и агрегатов, повысить надежность машины, снизить трудоемкость ее изготовления и стоимость ремонта.

Экологические показатели характеризуют уровень вредных воздействий на окружающую среду при эксплуатации машины (например, концентрация вредных примесей в отработавших тазах, выделяемых в атмосферу при работе дизельных двигателей).

Показатели безопасности характеризуют особенности машины, обусловливающие при ее использовании безопасность обслуживающего персонала*.

По приведенным выше показателям качества машины определяется ее уровень качества, т. е. относительная характеристика, основанная на сравнении совокупности показателей ее качества с соответствующей совокупностью базовых показателей. Базовый показатель качества машины обладает наиболее высокими достигнутыми параметрами и принимается за исходный при сравнительных оценках качества. Уровень качества, характеризуемый совокупностью базовых показателей, в которую входят технические и экономические показатели, называется технико-экономическим уровнем качества машины.

От успешного решения проблемы повышения качества транспортных машин зависит дальнейшее развитие комплексной механизации и автоматизации производственных процессов на рудных шахтах и карьерах.

1.6. Технико-экономическая эффективность применения рудничного транспорта

Технико-экономическая эффективность работы рудничного транспорта характеризуется такими основными показателями как производительность и потребное число транспортных машин при заданном грузообороте, расстояние транспортирования, организация движения и вспомогательных транспортных операций, производительность труда и уровень безопасности.

Обобщающим экономическим показателем технико-экономической эффективности рудничного транспорта является сумма приведенных затрат, приходящаяся на 1 т или 1 м³ транспортируемого груза (р/т или р/м³):

где С — себестоимость погрузки и транспортирования 1 т или 1 м³ груза, р/т (р/м³); К — капитальные затраты, отнесенные к единице годового грузооборота (удельные капитальные затраты), р/т (р/м³); Е_н— годовой нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений (Е_н = 0,15). Капитальные затраты слагаются из стоимости машин рудничного транспорта и расходов на транспортирование их к месту работы.

В себестоимость транспортирования входят: заработная плата обслуживающего персонала; начисления на заработную плату; амортизационные отчисления (стоимостное возмещение износа машин в процессе их эксплуатации) от суммы капитальных затрат; стоимость расходуемых вспомогательных материалов; стоимость электроэнергии или топлива и смазочных материалов.

Годовой экономический эффект (р.) от применения в конкретных горно-геологических условиях нового комплекса транспортных машин по сравнению с ранее используемым базовым комплексом

где С₁ и С₂— себестоимость транспортирования соответственно по базовому и новому вариантам комплексов, р/т (р/м³); К₁ и К₂ — удельные капитальные затраты соответственно по базовому и новому комплексам, р/т (р/м³); Q_г— годовая эксплуатационная производительность нового комплекса, т (м³).

Вопросы для самопроверки

1. Назовите основные виды транспортных машин, применяемых на подземной добыче руд.

2. По каким основным признакам классифицируются транспортные машины?

3. Перечислите основные виды транспортируемых грузов. Какие основные характеристики и свойства насыпных грузов оказывают влияние на вы бор средств рудничного транспорта?

4. Что называется грузопотоком? Дайте определение неравномерности грузопотока и укажите способы ее снижения.

5. Сформулируйте основные показатели качества и надежности транс портных машин.

6. Что является обобщающим показателем технико-экономической эффективности рудничного транспорта?

2. ОСНОВЫ РАСЧЕТА РУДНИЧНОГО ТРАНСПОРТА

2.1. Производительность транспортных машин

Одним из основных параметров транспортных машин является производительность — количество груза, перевозимого вединицу времени. Производительность выражают вмассовых Q (т/ч) или объемных V (м³/ч) показателях, причем Q = Vg.

Различают теоретическую, техническую и эксплуатационную производительность машин рудничного транспорта.

Теоретическая производительность — максимальная производительность при непрерывной работе транспортной машины, наибольшем заполнении грузом ее грузонесущих элементов, максимальной скорости движения без учета ограничений по мощности привода и прочности тяговых элементов. Техническая или паспортная (указываемая в заводской характеристике машины) производительность Q_т — наибольшая производительность (т/ч или м³/ч) при непрерывной работе транспортной машины, полном использовании ее конструктивных возможностей и с учетом физико-механических свойств транспортируемой горной массы, мощности привода, прочности тяговых элементов, длины и угла транспортирования.

Минутную техническую производительность (т/мин или м³/мин) конвейеров (количество горной массы, которое может принять в минуту движущаяся лента) называют приемной способностью конвейера.

Эксплуатационная производительность Q₃ — фактическая производительность машины рудничного транспорта с учетом интенсивности загрузки и простоев по техническим, организационным и технологическим причинам (т/ч, т/смену, т/сут):

Определим производительность машин рудничного транспорта периодического и непрерывного действия.

Техническая производительность машин периодического действия Q_T (т/ч) равна произведению грузоподъемности (кг) одного G или нескольких zG транспортных сосудов и числа рейсов (ходов) n_р в час:

Техническая объемная производительность (м³/ч)

Время одного рейса (с)

где t_погр, t_гр, t_раз, t_пор и t_доп — соответственно время погрузки, движения в грузовом направлении, разгрузки, движения в порожняковом направлении и дополнительное, связанное с ожиданиями и маневрами на конечных пунктах, с.

Техническая производительность Q_т (т/ч) транспортной машины непрерывного действия равна произведению массы находящегося на 1 м длины грузонесущего органа количества груза q (кг/м) на скорость перемещения v (м/с) груза:

Техническая объемная производительность (м³/ч) транспортной машины непрерывного действия

Количество груза q, находящегося на 1 м длины грузонесущего органа транспортной машины непрерывного действия (рис. 2.1, а), определяется площадью поперечного сечения потока груза W_г (м²) (рис. 2.1, б):

Рис. 2.1. Схемы расположения груза на грузонесущем элементе конвейера (а, б), в вагонетках подвесной канатной дороги непрерывного действия (в) и график зависимости производительности транспортных машин периодического 1 и непрерывного 2 действия от длины транспортирования (г)

Если грузонесущий орган заполнен грузом по площади геометрического сечения Wo неполностью, то техническую производительность транспортной машины непрерывного действия определяют с учетом коэффициента заполнения k₃ = W_г/Wo. Тогда количество груза на 1 м грузонесущего органа (кг/м)

где k_b, — коэффициент, учитывающий изменение площади поперечного сечения груза в зависимости от угла установки транспортной машины непрерывного действия.

При этом техническая производительность (т/ч)

объемная производительность (м³/ч)

На некоторых транспортных машинах непрерывного действия, например, канатных дорогах с кольцевым движением вагонеток, груз перемещается в отдельных вагонетках грузоподъемностью G (кг), закрепленных с определенным шагом l (м) на бесконечном тяговом органе (рис. 2.1, в). Для таких транспортных машин q=G/l (кг/м), а техническая производительность (т/ч)