книги из ГПНТБ / Давыдов В.В. Вскрышные работы на угольных карьерах в зимнее время
.pdf
Канд. техн, наук В. В. ДАВЫДОВ |
I ^Нэ^'.1п/и<р • |
ВСКРЫШНЫЕ РАБОТЫ НА УГОЛЬНЫХ КАРЬЕРАХ В ЗИМНЕЕ ВРЕМЯ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ЛИТЕРАТУРЫ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ
Москва 1960
АННОТАЦИЯ
В брошюре изложены меры борьбы с вредным влиянием низких температур на производительность горно-транспортного оборудования открытых разработок.
Брошюра рассчитана на инженернотехнических работников, занятых на экс плуатации горных предприятий открытым способом.
ГОС. ПУБЛИЧНАЯ
НАУЧН-ТЕХНИЧЕСКАЯ БИБЛИОТёКА. СССР
Давыдов Виктор Викторович Вскрышные работы на угольных карьерах в зимнее время
Отв. редактор Г. Ю. Мясковский |
Редактор издательства И. |
К. Кит |
|||
Техн, редактор Г. Л1. Ильинская |
|
Корректор Н. А. Козловская |
|||
Слано в набор 10/XI |
1959 г. |
Подписано в |
печать 26 1 1960 г. |
Формат бумаги 60х92!/и |
|
Печ. л. 3,25 |
Уч.-изд. л. 3,12 |
Тираж 1500 |
экз. |
Т-01932 |
|
Изд. № 464 |
Инд. 2/3 |
Цена 1р. 55 к. |
Заказ № 588 |
|
|
Государственное научно-техническое издательство литературы по горному делу ГОСГОРТЕХИЗДАТ Москва, Грузинский вал, д. 35
Московская типография Госгортехиздата Москва, Ж-88, Южно-Портовый 1-й пр.. 17
ВВЕДЕНИЕ
В соответствии с решениями XXI съезда КПСС в Советском Союзе добыча угля должна достигнуть в 1965 г. 600—612 млн. т. В связи с этим большое значение придается дальнейшему разви тию наиболее эффективного открытого способа разработки полез ных ископаемых. Добычу угля за счет наиболее экономичных углей в восточных районах страны (без Урала) предусматри вается увеличить на 40—45 % ■ Это может быть осуществлено путем создания крупных карьеров с высокими технико-экономи ческими показателями.
При добыче угля открытым способом в восточных районах Советского Союза, где производство вскрышных работ в суровых
климатических условиях затруднительно,, |
необходимо |
проводить |
специальные мероприятия. |
|
|
Выполненные объемы вскрышных работ по совнархозам за |
||
1956 и 1957 гг. приведены в табл. 1. |
|
|
|
Таблица 1 |
|
Выполнение по совнархозам |
1956 г. |
1957 г. |
Общий объем, млн. м!.......................................... |
227,61 |
265,9 |
В том числе: |
35,1 |
37,1 |
Челябинский ............................................................. |
||
Свердловский ......................................................... |
37,2 |
41,4 |
Карагандинский ..................................................... |
20,5 |
18,1 |
Иркутский ................................................................. |
22,7 |
26,1 |
Кемеровский ............................................................. |
33,7 |
44,8 |
Киевский . ............................................................. |
32,7 |
41,4 |
Основные угольные карьеры Советского Союза расположены на Урале, в Казахской ССР, Красноярском крае и Иркутской об ласти, где преобладают низкие отрицательные температуры (табл. 2).
1 В. В. Давыдов |
3 |
Таблица 2
Продолжительность зимнего периода и среднемесячная температура для основных угольных бассейнов Советского Союза
|
|
Средняя продолжительность |
Среднемесяч |
|
||
|
|
холодного периода |
|
|||
|
|
|
|
|
ная отрица |
Темпера |
Наименование пунктов |
|
|
|
тельная |
||
|
|
продолжи |
турные |
|||
начало |
конец |
температура |
||||
|
|
тельность |
за холодный |
зоны |
||
|
холодного |
холодного |
холодного |
период, град. |
|
|
|
|
периода |
периода |
периода |
|
|
Акмолинск ................... |
Свердлов |
23/Х |
12/IV |
172 |
12,8 |
V |
Богословск, |
15/Х |
13/IV |
181 |
11,8 |
IV |
|
ской обл.............. |
• . |
|||||
Иркутск....................... |
|
16/Х |
13/IV |
180 |
13,2 |
V |
Кировоград ................... |
• |
25/XI |
13/III |
109 |
4,2 |
11 |
Красноярск.................. |
19/XI |
11/IV |
175 |
13,1 |
V |
|
Минусинск................... |
|
20/X |
7/IV |
170 |
14,7 |
V |
Новосибирск |
................ |
19/X |
17/IV |
181 |
12,4 |
V |
Тула................... |
|
6/XI |
31/III |
146 |
6,6 |
III |
Уфа.................................. |
|
26/X |
4/IV |
161 |
10,4 |
IV |
Челябинск ................... |
|
24/X |
9/IV |
168 |
11,7 |
IV |
Чита.............................. |
|
14/X |
12/IV |
181 |
17,1 |
V |
Как видно из табл. 2, продолжительность холодного периода |
||||||
колеблется |
от 109 до |
181 дня в году и среднемесячная отрица |
||||
тельная температура от —4,2 до —17,1° С.
Объем вскрыши, выполняемый в зимние месяцы в Советском Союзе, почти в два раза меньше, чем в летние.
Выполнение вскрышных работ в I и III кварталах 1956 и 1958 гг. показано в табл. 3.
|
|
Таблица 3 |
|
I кв. |
Ш кв. |
Общий объем в 1956 г., млн. м?....................... |
39,3 |
81,3 |
Общий объем в 1958 г. , , ....................... |
48,4 |
96,35 |
Отрицательные температуры оказывают большое влияние на увеличение износа и поломки рукоятей, стрел, днищ, ковшей и других деталей и узлов экскаваторов.
Условиями производства вскрышных работ в зимнее время на угольных разрезах в Советском Союзе до настоящего времени занимались недостаточно и особенно на разрезах, где применя ются роторные и многоковшовые экскаваторы.
Вопросы производства вскрышных работ многоковшовыми и роторными экскаваторами в зимних условиях не были раньше
достаточно изучены ввиду того, что |
применять |
эти экскаваторы |
в Советском Союзе начали только |
в последнее |
время. |
Глава I
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕРЗЛЫХ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД
§1. Процессы, происходящие в грунтах при замерзании и оттаивании воды
Вода, находящаяся в порах грунта, при отрицательных тем пературах окружающей среды охлаждается и замерзает. Лед имеет свойство при достаточном количестве как бы связывать частицы грунта, придавая ему при этом большую прочность. Прочность льда достигает величины, значительно превосходящей прочность породы в талом состоянии, что затрудняет разработку и перемещение ее транспортными средствами.
Показатели прочности льда следующие: на сжатие — 20—
30кг/см2, на разрыв—11 кг)см2, на сдвиг—5,8 кг)см2.
Вприроде лед бывает различных структур, которые отли чаются друг от друга величиной сопротивления внешним усилиям, причем разница достигает значительных пределов.
Величина сопротивления внешним усилиям одной и той же структуры льда зависит от величины отрицательной температуры, времени ее действия и скорости приложения нагрузки. Наличие льда в грунте не исключает содержания в нем воды, которая может находиться или в переохлажденном состоянии, или в виде раствора солей. Мерзлый грунт состоит из частиц льда, воды и воздуха с наличием в нем водяного пара.
При приложении внешней нагрузки лед начинает деформиро ваться. Величина пластических деформаций льда прямо пропор циональна нагрузке, времени действия этой нагрузки и обратно пропорциональна коэффициенту вязкости или коэффициенту вну треннего трения.
Коэффициентом вязкости называют силу сопротивления при установившемся движении, отнесенную к единице поверхности сдвигаемого слоя и к единице угловой скорости сдвига. Коэффи
циент вязкости в свою очередь зависит от температуры и опреде ляется по формуле Вейнберга
/< = (1,244 — О,5О2Л+О,355Л).1О13, г!см-сек.,
где Г—абсолютное значение отрицательной тем пературы, °C;
1,244; 0,502 и 0,355—эмпирические коэффициенты.
С уменьшением значения коэффициента вязкости, что проис ходит при повышении температуры, величина деформации увели чивается.
При таянии льда происходит повышение его температуры приблизительно до 0° и затем остается на все время таяния постоянной за счет поглощения льдом скрытой теплоты плавле ния. Это явление носит название нулевой завесы. Нулевая за веса при оттаивании грунта передвигается от поверхности в глубь
тела. |
фазы: |
При замерзании воды в грунте наблюдаются три |
|
I — начальная, характеризующаяся образованием |
отдельных |
кристаллов льда при соответствующих температурах; |
|
II— режеляция, характеризующаяся увеличением количества
иобъема отдельных кристаллов;
III—эквектика, характеризующаяся переходом тела в твер дое состояние.
При охлаждении вода уменьшается в объеме; это происходит |
|
до температуры +4°. При дальнейшем охлаждении вода начи |
|
нает расширяться и в момент превращения в |
лед увеличивается |
в объеме на 9%' по сравнению с объемом в жидком состоянии. |
|
На месторождениях Александрийского, |
Звенигородского и |
Ново-Георгиевского буроугольных районов жесткость вод над угольного водоносного горизонта колеблется от 5 до 31° Н. По типу минерализации — это чаще смешанные воды гидро-карбо- натно-сульфатно-натриево-кальциевые и натриево-магниевые. Во ды надугольных горизонтов Криворожского и Днепровского буроугольных месторождений имеют более высокую жесткость.
Соли, содержащиеся в воде, могут значительно понижать точ ку ее замерзания (табл. 4).
Таблица 4
Температура замерзания растворов в зависимости от содержания добавок хлористого кальция и хлористого натрия
Температура замерзания растворов, °C
Концентрация, %
раствор хлористого кальция раствор хлористого натрия
5 |
-1,7 |
-2,8 |
10 |
-5,0 |
-5,3 |
15 |
-10,8 |
-11,1 |
20 |
-19,4 |
-16,6 |
23 |
-26,4 |
-21,1 |
6
При замерзании воды происходит-уменьшение давления насы щенного пара и меняется, температура замерзания жидкости. Поэтому не вся вода замерзает при определенных температурах в грунте, причем значительная часть воды замерзает при неболь ших температурах, дальнейшее замерзание происходит медлен
нее. Это видно из опытов, произведенных Юнгом (табл. |
5). |
|||||
|
|
|
|
|
Таблица 5 |
|
Замерзание воды в зависимости от температуры |
|
|||||
|
Количество замерзшей воды от веса всей воды, °/0 |
|||||
|
начальная влажность |
начальная влажность |
начальная влажность |
|||
Температура, °C |
грунта 49,5 % |
грунта 32,6% |
грунта 15,3% |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
при замо |
при оттаи |
при замо |
при оттаи |
при замо |
при оттаи |
|
раживании |
вании |
раживании |
вании |
раживании |
вании |
0 |
_ |
49,00 |
42,11 |
25,75 |
_ |
5,00 |
—2,1 |
58,57 |
67,69 |
42,79 |
— |
14,63 |
|
-6,5 |
75,27 |
79,48 |
63,65 |
65,04 |
26,14 |
26,65 |
--11 |
80,80 |
83,37 |
68,56 |
68,94 |
32,05 |
32,44 |
-18,5 |
89,68 |
89,68 |
75,38 |
74,65 |
35,18 |
35,18 |
-19 |
89,48 |
90.45 |
74,16 |
74,16 |
35,04 |
35,05 |
Из табл. 5 видно, что при повышении температуры мерзлого грунта образование воды начинается при очень низких темпера турах, но при 0° сохраняется значительное количество льда в грунте. Необходимо отметить также и влияние крупности зерен грунта на температуру замерзания воды в нем.
Из этой же таблицы видно, что чем ниже начальная влаж ность грунта, тем меньше количество замерзшей воды. В то же время, чем меньше процент содержания льда в породе, тем мень ше прочность замерзшего грунта.
Естественная влажность различных пород в отдельных бас сейнах имеет большие колебания и может достигать значитель ной величины. Так, влажность глин Днепровского бассейна колеб лется от 18,8 до 59,5%' и песков от 14,8 до 39,4%.
Характеристика пород Днепровского бассейна приве дена в табл. 6.
Естественная влажность глин Кушмурунского месторождения колеблется от 15 до 40%.
Влажность пород на карьерах, находящихся в эксплуатации, на которых проведены и продолжают проводиться работы по осушению, достигает значительной величины. Например, влаж ность глин в рабочих бортах украинских карьеров колеблется от
12,7 до 23,5% (табл. 7).
Необходимо отметить и влияние крупности зерен грунта на температуру замерзания воды в нем. Эти данные приведены в табл. 8.
7
Таблица б
Естественная влажность вскрышных пород Днепровского буроугольного бассейна
|
|
|
Естественная влажность, °/0 |
|
||
Наименование пород |
|
|
Месторождения |
|
||
По |
Звениго |
Александ |
Верхне- |
Синельни- |
||
|
|
бассейну |
||||
|
|
|
родское |
рийское |
Днепров |
ковское |
|
|
|
|
|
ское |
|
Суглинки четвертичные . |
18,5 |
15,36 |
18,55 |
18,37 |
21,12 |
|
Глины |
|
24,3 |
.... |
20,0 |
22,9 |
25,0 |
То же, неогеновые .... |
21,8 |
— |
18,8 |
35,0 |
25,5 |
|
„ |
полтавские .... |
25,7 |
— |
— |
24,0 |
26,0 |
„ |
харьковские . . . |
34,1 |
— |
— |
28,2 |
34,6 |
„ |
киевские ............... |
38,6 |
— |
59,5 |
42,3 |
33,6 |
, |
бучакские .... |
49,4 |
— |
35,4 |
47,0 |
|
Каолин первичный .... |
23,33 |
— |
25,5 |
22,73 |
23,9 |
|
Пески четвертичные . . . |
17,0 |
4,0 |
20,0 |
18,5 |
22,0 |
|
То же, |
неогеновые . . . |
14,9 |
—— |
14,8 |
— |
15,6 |
„ |
полтав-ские .... |
16,8 |
11,0 |
16,3 |
17,7 |
22,4 |
„ |
харьковские . . . |
26,8 |
12,3 |
23,2 |
22,4 |
39,4 |
„ |
киевские ............... |
19,7 |
8,0 |
15,3 |
22,9 |
— |
„ |
подугольные . . . |
21,6 |
— |
19,2 |
21,3 |
25,8 |
Естественная влажность вскрышных пород Кушмурунского месторождения
Суглинки........................................ |
|
, ... . 21-25% |
Глины................... ......................................... |
|
15-40% |
Песчаники.......................... |
■...................... |
30% |
Таблица 7
Средневзвешенные показатели объемного веса и естественной влажности пород рабочих бортов на действующих Украинских карьерах
|
|
Объемный вес. т)м3 |
Естественная |
||||
|
|
влажность, °/0 |
|||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
Байда- |
Семе |
Юрков Байда- |
Семе |
Юрков |
|
|
|
ков- |
нов |
ский |
ков- |
нов |
ский |
|
|
ский |
ский |
|
ский |
ский |
|
Средневзвешенные |
показатели |
1,78 |
1,78 |
1,72 |
11,3 |
14,3 |
10,8 |
свойств пород на рабочем борту |
|||||||
в том числе породы: |
|
1,83 |
1,83 |
1,74 |
19,4 |
23,5 |
12,7 |
глинистые....................... • . |
|||||||
песчаные , , |
....................... |
1,73 |
1,75 |
1,71 |
4,3 |
9,2 |
9,8 |
8