Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Основы физики горных пород..pdf
Скачиваний:
45
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
17.54 Mб
Скачать

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.