- •1. Классификация свойств и параметров
- •1*4. Плотность пород
- •1.9. Основные правила изучения физико-технических параметров пород
- •2. Механические свойства горных пород
- •2.5. Прочность и разрушение пород
- •если
- •2.10. Упругие колебания в массивах горных пород
- •3.1. Распространение и накопление тепла
- •3.2. Теплоемкость
- •3.4. Тепловое расширение
- •3.5. Тепловые свойства массивов
- •3.6. Тепловые свойства рыхлых пород
- •4. Электромагнитные свойства горных пород
- •4.3. Особые случаи поляризации минералов и пород
- •4.4. Электропроводность
- •4.5. Диэлектрические потери
- •4.6. Магнитные свойства
- •4.8. Естественные электрические и магнитные поля
- •4.9. Радиоактивность пород. Воздействие излучений
- •5. Взаимная связь свойств, паспортизация пород.
- •Свойства пород Луны
- •СсЧк = 900*2? «Ю-5;
- •5.5. Паспортизация горных пород по физико-техническим параметрам
- •6. Воздействие внешних физических полей на горные породы
- •6.1. Влияние влаги
- •6.3. Термические напряжения в породах
- •6.7. Воздействие электрического и магнитного полей
- •7. Горнотехнологические характеристики пород
- •7.5. Классификация горнотехнологических параметров пород
- •7.6. Твердость, вязкость, дробимость и абразивность пород
- •8.6. Комбинированные методы разрушения
- •8.9. Дробление и измельчение цолезного ископаемого после извлечения
- •9. Управление состоянием массива горных пород
- •Обогащение и геотехнология
- •9.1. Осушение массивов
- •9.2. Процессы разупрочнения
- •9.5. Устойчивость бортов карьеров и отвалов
- •9.6. Тепловой режим шахт и рудников
- •9.8. Физико-химические (геотехнологические) методы
- •10; Методы контроля состояния массива горных пород
- •10.1. Свойства пород как источники информации
- •10.2. Исследование массивов методами полевой геофизики
- •10.3. Скважинные методы исследования
- •10.6. Методы контроля за составом полезных ископаемых
- •10.8. Методы контроля за отдельными технологическими процессами
до нескольких минут, расход |
электроэнергии |
ОД—8кВт*ч. |
Разрушение не сопровождалось |
разлетом кусков, |
пылеобразо- |
ванием и вполне безопасно для обслуживающего |
персонала. |
Высокочастотный контактный способ можно применять также при разрушении смерзшихся руд. При высокочастотном дробле
нии негабаритов более |
эффективна |
установка |
в н е д р я ю щ е |
г о с я э л е к т р о д а |
(см. раздел |
8.5). |
электрода хорошо |
Установлено, что методом внедряющегося |
разрушаются различные скарны, монцонитьт, эпидозит, сиениты, граттодиориты и кварц-полевошпатовьте порфиры, сульфидные
РУДЫ.
Породы, которые трудно плавятся (безрудные и жильные кварциты), откалываются только по поверхности. Породы, раз лагающиеся при высоких температурах (известняки, мрамор), разрушаются медленно. Внутри них образуется канал из про дуктов разложения, в котором невозможно создать большие термические напряжения.
8.9. Дробление и измельчение цолезного ископаемого после извлечения
Полезные ископаемые после извлечения из недр в большин стве случаев подвергаются дальнейшему дроблению и измель чению. Эта дополнительная обработка вызвана либо необхо димостью получения конечного продукта определенного грану
лометрического состава (например, |
строительные |
материалы), |
либо необходимостью последующего |
обогащения |
измельченной |
РУДЫ.
В зависимости от физико-технических характеристик пород
применяют |
четыре основных механизма д р о б л е н и я — раз |
||||
давливание, |
раскалывание, удар |
и истирание (рис. |
8.11). |
|
|
В случае твердых и хрупких горных пород обычно используют |
|||||
раздавливание, пород |
средней |
крепости — раскалывание, |
сла |
||
бых пород |
и углей — удар. Для твердых и вязких |
пород |
при |
||
меняют раздавливание |
с истиранием. В соответствии |
с этим со |
зданы дробилки раздавливающего действия — щековьте и конус
ные, |
раскалывающего действия — зубчатые, валковые |
и |
удар |
ного |
действия — молотковые. |
|
|
Э н е р г о е м к о с т ь процесса дробления зависит |
от |
сте |
пени измельчения пород. Теоретически существует прямо про порциональная зависимость между работой разрушения А и ко
нечной характеристикой крупности дробленого |
продукта В: |
А — кВ. |
(8.75) |
Коэффициент пропорциональностей к зависит от свойств по роды и определяется экспериментально.
Параметр В согласно Риттингеру, — это величина вновь обра зованной поверхности AiS', к — удельная поверхностная энер
гия |
а, согласно Кирпичеву — Кику, В — это величина умень |
шения |
первоначального объема дробимого куска породы V. |
По Бонду, В равно элементарному приращению среднегеометри ческого между объемом V и вновь образованной площадьЛ по
верхности У VAS.
Если принять, что исходные куски, так же как и конечные, приблизительно имеют форму шаров — диаметрами D и d, то,
|
Рис. 8.11. Различные механизмы дробления и измельчения |
горных пород: |
|||||||||||||
a — раздавливание; |
б — раскалывание; в — дробление ударом; г |
— измельчение исти |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ранием |
|
|
|
|
|
|
|
|
рассматривая |
разрушение |
|
одного |
такого |
шара |
объемом |
V = |
||||||||
= |
*/6 л Ь 3, можно |
выразить |
этот объем |
через |
объемы |
продуктов |
|||||||||
разрушения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V ~ -гг rind'3, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
п — число |
вновь |
образованных |
шаров. |
Отсюда |
п = |
^ . |
||||||||
|
Вновь образованная площадь поверхности шаров |
|
|
||||||||||||
|
Д5 = я £ 2 |
|
|
l ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(8.76) |
|
Удельная |
поверхностная |
энергия |
es |
в |
первом приближении |
|||||||||
может быть рассчитана через работу |
разрушения А 0 объема |
||||||||||||||
породы: |
|
o~V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(8.77) |
|||
|
e s ' ~ A S |
2 Е |
A S |
‘ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
— площадь |
вновь |
образованной |
поверхности, |
получив- |
||||||||||
|
в результате |
его |
раскола |
пополам, |
то |
|
|
|
|||||||
|
Л о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(8.78) |
|
|
6Е U ' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
согласно |
Риттингеру, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
cr;D3 / п |
\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
(8.79) |
|||
|
■° '5 |
\ |
|
* |
о |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Кирпичеву — Кику, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
=0,26-J-(Z>3- d |
a). |
|
|
|
|
|
|
|
|
(8.80) |
П. А. Ребиндером и Л. И. Шрейнером предложено урав нение, обобщающее уравнения (8,79), и (8.80)
^ = |
+ |
(8.81) |
Анализ показывает, что по теории Риттингера на энерго емкость процесса значительно влияет степень измельчения. Ра бота разрушения возрастает примерно обратно пропорционально диаметрам зерен конечного дробленого продукта:
|
_ |
D — d\ d2 |
^ J^_2_ |
/ g 8 9 ) |
|
Л 2 |
~~ |
D - c/o |
(h |
(h |
K ' ' |
По |
теории |
Кирпичева — Кика |
влияние степени дробления |
на работу разрушения незначительно. Поэтому для расчета
процессов тонкого измельчения |
используют теорию Риттингера. |
И з м е л ь ч е н и е горных |
пород осуществляется часто |
по принципу ударного действия в барабанных мельницах. В за висимости от вида дробящей среды различают мельницы шаро вые, стержневые, галечные и самоизмельчения.
Барабаны, в которых загружены дробящие элементы и порода,
вращаются с определенной скоростью. Измельчение |
происходит |
|||||||||
в результате перемешивания и |
соударения 'дробящих |
элементов |
||||||||
и кусков породы. |
N |
= esAS/t, |
где N |
|
|
|
||||
Так |
как, |
по |
Риттингеру, |
— полезная |
||||||
мощность мельницы, AS = QSyjKt, |
а S yfK = “ |
— тг)* |
то |
ПР°“ |
||||||
изводительность |
мельницы |
|
|
|
|
|
|
|||
Q - |
NpDd |
|
|
|
|
|
|
(8.83) |
||
6es (D — d) |
|
|
|
|
|
|
||||
Используя |
формулу (8.78) |
и |
учитывая |
пластичность |
{кпл) |
|||||
породы, |
получим |
|
|
|
|
|
|
|
||
О |
NpE |
|
|
|
|
|
|
(8.84) |
||
|
|
стр ( т |
- 1) |
|
|
|
|
|
|
|
где |
р — плотность породы. |
|
|
|
|
|
|
|||
Удельные расходы энергии^ на дробление некоторых полез- |
||||||||||
ных |
ископаемых |
следующие: |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
У д е л ь н ы й |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р асхо д эн е р ги и , |
|
|
||
|
|
Модные руды |
|
|
кВт - ч/т |
|
|
|
||
|
|
|
|
12,73 |
|
|
|
|||
|
|
Магнетитовые руды |
|
|
9,97 |
|
|
|
||
|
|
Гематитовые руды |
|
|
12,84 |
|
|
|
||
|
|
Кварц |
|
|
|
13,57 |
|
|
|
|
|
|
Уголь |
|
|
|
13,00 |
|
|
|
|
|
|
Пиритовые руды |
|
|
8,93 |
|
|
|
Как и при других технологических процессах, в расчетах дробилок и мелышц часто используют эмпирические зависи мости. Так, экспериментально установлена связь между удель ным расходом дробящих плит q щековых дробилок и асж пород:
g « 4 ,2 -1 0 -“ - ^ - а?ж, |
|
|
|
(8.85) |
где кк — коэффициент кинематики, |
равный для |
дробилок с про |
||
стым движением щеки — 1,0, со |
сложным — 4,5, |
с двумя ще |
||
ками — 0,9; В 0 — ширина |
отверстия дробилки, |
мм. |
||
Совершенствование дробления и измельчения ведется в на |
||||
правлении использования |
немеханических методов воздействия |
|||
на породы. |
|
|
работают струй |
|
Так, по принципу с а м о и з м е л ь ч е н и я |
||||
ные мельницы, в которых энергия |
частицам для |
соударения со |
общается струей сжатого воздуха, перегретого пара или газа. Струйные мельницы используются для тонкого и сверхтонкого измельчения.
Измельчение магиетитового кварцита в воздухо- и пароструй ных мельницах обеспечивает более полное раскрытие (выделение из вмещающей породы) рудных минералов по сравнению с шаро вым помолом. Воздействие в ы с о к о т е м п е р а т у р н о г о поля струи также способствует более полному раскрытию мине ралов и при этом, кроме того, может осуществляться одновре менный обжиг руды (для дальнейшей магнитной сепарации).
Исследования показали, что в ряде руд (например, серных) способность раскрываться по контактам минеральных зерен
увеличивается |
пе с |
повышением, а |
с п о н и ж е н и е м |
т е м |
п е р а т у р ы . |
Это |
явление может |
быть использовано |
в струй |
ных мельницах, где в качестве струи служит сверхзвуковой поток охлажденного азота.
Лабораторные исследования и эксперименты показали также высокую эффективность измельчения горных пород под действием
в и б р а ц и й высокой |
частоты и э л е к т р о г и д р а в л и - |
ч е с к о г о удара. Так |
как изменение прочностных и упругих |
характеристик различных минералов под воздействием высоко частотного э л е к т р о м а г н и т н о г о поля неодинаково, это обстоятельство может существенно улучшить эффект раскрытия минеральных зерен при дроблении, а значит и повысить каче ство последующего обогащения.
Предварительное ослабление горных пород воздействием то ков высокой частоты также может повысить эффективность дро
бления |
и измельчения пород. Так, по данным исследований, |
||
при |
облучении сфалерита электромагнитным |
полем частотой |
|
25 МГц |
и напряженностью 200—300 кВ/м величина затрачивае |
||
мой |
на |
его дробление работы уменьшается на 28%, апатита — |
|
на 7%, |
магнетита — в 2 раза, сидерита — в 6 |
раз. |
В большинстве случаев выбор способа транспортирования осуществляется только сравнительными методами с учетом сте пени дробления, влажности, абразивности и плотности пород.
Экономическая эффективность транспортирования и произ водительности средств транспорта зависят кроме их конструк тивных параметров также от соответствия их свойствам пере возимых пород.
Средствами транспорта перемещают только измененные в по двесах выемки и погрузки горные породы — разрушенные и раз рыхленные. Эти породы характеризуются широким диапазоном свойств, по-разному влияющих на трудность их транспортиро вания. Целесообразно выделить и сопоставить характеристики пород, оказывающие основное влияние на трудность их пере
мещения. |
|
|
|
|
|
их |
В качестве основы сопоставления пород по сопротивляемости |
||||
перемещению принимается |
о т н о с и т е л ь н ы й |
п о к а |
|||
з а т е л ь |
т р у д н о с т и транспортирования |
породы Пт. |
|||
|
На выбор транспортных средств по степени |
использования |
|||
их |
емкости |
и износостойкости |
основное влияние |
оказывают |
плотность, прочность и гранулометрический состав перемещаемой породы.
На т р у д н о с т ь р а з г р у з к и породы, связанную с на липанием и примерзанивхМ ее к рабочим поверхностям транспорт ных средств, решающее влияние оказывают содержание глини стых частиц и влажность породы.
Степень налипания и примерзания, а следовательно, выбор способов их предотвращения и очистки транспортных средств за висят от времени транспортирования породы и температуры воздуха.
При указанных предпосылках величина Пт для условий открытых горных работ может быть определена из эмпирического
выражения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Пт= 6 • 10"6Y + 5dcpA + |
20umBC, |
|
|
|
|
(8.86) |
||||||
где у — объемный вес породы в образце, |
Н/м3; dcp — средний |
|||||||||||
размер |
куска породы в транспортном сосуде, |
м; А = 1 + тсдвХ |
||||||||||
X 10" 7; |
w — влажность |
породы (в долях |
единицы); |
п — содер |
||||||||
жание |
в |
породе |
глинистых частиц |
(в долях единицы); 5 = 1 |
+ |
|||||||
+ lg (t |
— 1); |
t |
— продолжительность транспортирования |
по |
||||||||
роды; |
С = 1 — 0,025 Т; |
Т — температура |
воздуха, |
°С |
(учиты |
|||||||
вается |
только |
при Г |
< 0 ° С). |
|
|
|
|
Пт под |
||||
Все |
транспортируемые |
горные |
породы |
по |
величине |
|||||||
разделяются |
наснять |
следующих |
классов: |
(77т^с2); |
|
|
||||||
I класс’]— весьма^легкотранспортируемые |
|
|
||||||||||
Г1 |
класс — легкотрннслортируемые (2<J/7T^4); |
|
|
|
ПГ класс — средней трудности транспортирования |
(4 <^ПТ^ |
|||||||
^ 6 ); |
|
|
|
|
|
|
|
|
IV |
класс — труднотранспортируемые |
(6 < Я Т^ 8 ); |
10). |
|||||
V |
класс — весьма |
труднотранспортируемые (8 <.‘Я Т ^ |
||||||
Породы |
с |
Пт> 10 |
относятся в |
внекатегорным. |
Введение |
|||
показателя |
Пт позволяет упорядочить |
и |
облегчить выбор |
вида |
||||
транспорта |
и |
производить технологические ercf расчеты. |
|
Рис. 8.12. Влияние добавок керо сина £ на насыпную массу р|( угля
Производительность транспорта, |
как правило, рассчитывают |
|
с использованием следующих характеристик пород: |
объемной |
|
массы р, насыпной массы р„, угла |
естественного откоса |
ср и ко |
эффициента трения породы /т р * |
транспортирования |
породы |
Например, производительность |
||
конвейером с плоской лептой рассчитывают по формуле |
||
Э = 57652урн tg , |
|
(8.87) |
где В и и — соответственно ширина и скорость движения конвей ерной ленты.
Срок службы конвейерных лент зависит от гранулометриче ского состава транспортируемого материала. Для карбонатных пород установлена следующая зависимость между сроком службы
t (в тыс. ч) и средним размером кусков |
d (в мм): |
t ^8700й-!>33. |
(8.88) |
При транспортировании пород коэффициент разрыхления кр желательно иметь минимальным. Уменьшения кр можно до биться соответствующим подбором гранулометрического состава пород (смешиванием мелких кусков породы с крупными), сотрясанием и т. д.
Более компактно частицы породы можно расположить, до бавляя в нее углеводородные жидкости (керосин, изоамиловый спирт), обладающие смазочными свойствами и уменьшающие силы сцепления между частицами. Насыпная масса угля в по следнем случае увеличивается на 20% (рис. 8.12).
Одним из факторов, значительно влияющих на величину насыпной массы горных пород, является влажность. Так, насып ная масса угля имеет минимальное значение при содержании
влаги 6—7%. При увеличении влаги в породе появляются силы, препятствующие более плотной укладке раздробленной смеси. Они возникают при полном насыщении всех точек кон
такта капиллярной водой. Вода в контактах стремится |
занять |
||
объем |
с минимальной |
свободной поверхностью, препятствуя |
|
более плотной укладке |
частиц. |
|
|
Для снижения влажности уголь сушат или добавляют в йего |
|||
гигроскопические вещества, например известь. |
внима |
||
При |
г и д р о т р а н с п о р т и р о в а н и и особое |
||
ние должно уделяться |
гранулометрическому составу, плотности |
и абразивности транспортируемых пород. От этих характеристик зависят диаметр трубопроводов, оптимальпые скорости транс портирования, напоры и т. д. Так, при гидротранспортировании, крупного гравия плотностью 2,62* 103 кг/м3 скорость потокадолжна быть в 2 раза больше, чем при гидротранспортированииугля (р = 1,5 • 103 кг/м3) — соответственно 3,05 и 1,53 м/с.
Плотность пульпы рп определяют по формуле
Рот (Р тЧ ~ <7Рв) |
(8.89) |
|
#в (Р о т "l" Р т) |
||
|
гДе Рот5Рв — плотность соответственно породы и воды; рт — объем ная масса сухой породы в целике; qQ— удельный расхрд воды.
Методы доставки пород могут быть с о в е р ш е н с т в о , в а н ы на основе более полного использования физических свой ств транспортируемого материала.
Так, гидротранспорт можно совершенствовать путем исполь зования жидкостей, имеющих большую плотность и низкую температуру замерзания. Транспортирование пород может осу ществляться под действием электростатического или магнитного поля.
Развивается метод взрывной доставки руды в условиях под земной разработки месторождений. Установлено, что дальность падения кусков руды в данном методе зависит от ее плотности и прочности.