Ответы на Государственный экзамен по разрушению горных пород.

1.тепловые методы разрушения горных пород. Физические основы. Область применения.

Электрофизические способы:

• низкочастотный нагрев (НЧН);

• низкочастотный пробой (НЧП);

• высокочастотный пробой (ВЧП);

• высокочастотный диэлектрический пробой (ВЧДП);

• сверхвысокочастотный пробой (СВЧП);

• инфракрасный нагрев (ИКН);

• разрушение световым излучением;

• лазерным лучем;

• электронным пучком и др

Разрушение г.п. токами промышленной частоты

Установки УРН для разрушения негабаритов

• Мощность – 400 кВт

• Производительность 50 куб. м/час

• Энергоемкость 7-9 кВт*час/куб. м

Магнетиты, сульфиды, железистые кварциты, мартито-магнетитовые роговики и др.

До 100 Ом*м

Разрушение г.п. токами ВЧ и СВЧ

• Метод теплового пробоя (ВЧТП)

• Метод высокочастотного диэлектрического наргева (ВЧДН);

• Метод высокочастотного магнитного нагрева (ВЧМН);

• Механизм разрушения

• термические напряжения первого и второго рода;

• возможно за счет давления пара в закрытых порах

• Шелушение породы, отбойка от поверхности крупных кусков

Термомеханическое бурение скважин

Термические напряжения

β – коэффициент теплового расширения, К^-1;

Е – модуль деформации, Па;

(Т-Т₀) – разность температур, К

2. Удельные энергозатраты на стадиях добычи и переработки полезных ископаемых.

Механическая энергия на разрушение единицы объема породы

, Дж/м³

σ_р – предел прочности при растяжении. Па;

Е – модуль полной деформации,Па;

К_пл – коэффициент пластичности.

Концентрация энергии ЭМП в единице объема породы

. Дж/м³

ε– относительная диэлектрическая проницаемость;

ε₀ – абсолютная диэлектрическая проницаемость, ε₀=8,85∙10^-12 Ф/м

Е_э – напряженность электрического поля, В/м.

Пробивная напряженность

Оценочный расчет

Энергия единичного импульса в ГИНе

В многоступенчатом ГИНе

При зарядке конденсаторов используется напряжение 5-10кВ и ниже

3. Техника для разрушения негабаритов гидроударниками. Механизм разрушения.

Гидромолоты фирмы «Крупп»

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для раскалывания негабаритов, отбойки блоков от массивов, добычи строительного камня.

Оно позволяет улучшить качество поверхностей разрывов и повысить производительность.

Для этого в горной породе бурят шпуры, которые заполняют сыпучим материалом или монолитным материалом, который под действием механической нагрузки становится сыпучим.

В сыпучий материал внедряют клинья, от чего горная порода раскалывается.

При этом одновременно с внедрением клиньев в сыпучий материал в стенках шпуров в плоскости предполагаемого разрыва горной породы прорезают бороздки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

4. Буровое оборудование и инструменты бурения скважин на открытых горных работах.

СБШ-320МНА-КП, Sandvik, Atlas Copco

5.Физический механизм разрушения породы при внедрении зубка бурового инструмента.

Зубок выкалывает частицы породы под действием силы созданной давлением под массой станка и давящим органом.

6. Комбинированная технология термического бурения и разбуривания взрывных скважин. Основные технико-экономические показатели.

Комбинированные методы разрушения:

Тепловые и механические (термомеханические);

Электрические и механические;

Электрические с разными режимами(тепловой пробой,

электрический пробой, инфракрасный нагрев и др.)

Тепловые с разными режимами (нагрев-охлаждение)

Термомеханическое бурение скважин

Термические напряжения

β – коэффициент теплового расширения, К^-1;

Е – модуль деформации, Па;

(Т-Т₀) – разность температур, К

Электротермошарошечное разрушение

На базе проходческого комплекса ПК-9Р создан комбайн ЭТМ с рабочим органом роторного типа.

Пройдена круглая выработка сечением 10м² со скоростью 0,5 м/час

Мощность излучателя 200 кВт.

Энергоемкость 50 кВт∙час/м³

На базе проходческого комбайна «Ясиноватец-2» создан комбайн «Ясиноватец-2ЭТМ»

Выработка диаметром 3,6 м в породах крепостью 10 пройдена со скоростью 1-1,25 м/ч.

Использовано 30-36 генераторов ИКИ общей мощностью 420 кВт и механический породоразрушающий инструмент – 15 дисковых шарошек. Частота вращения рабочего органа 6 об/мин.

7. Принципиальная конструктивная схема станков для термического бурения и расширения взрывных скважин. Основные конструктивные элементы и принципы работы.

СБТ -450 на диз топливе! Расширяет скважину делая полость 400-540 мм

8. Техника и технология бурения глубоких скважин. Алмазное бурение. Колонковое бурение.

ОАО «Уралмаш»

• Пробурив 30-600 м в скважину опускают кондуктор для перекрытия слабых пород или верхних притоков воды.

• Производят цементирование (тампонаж). Цементный раствор снизу вверх заполняет затрубное пространство.

• После затвердевания цементного раствора бурение продолжают долотом меньшего диаметра.

• Буровые установки и комплект бурового оборудования для бурения нефтяных и газовых скважин глубиной 2500-8000 м:

Приводы: дизельный (Д); дизель-гидравлический (ДГ); электрический (Э)переменного тока, постоянного и от автономных дизель-электрических станций.

Волгоградский завод буровой техники (ВЗБТ

• Буровые установки для бурения скважин глубиной 1000…3500 м.

• Приводы: Д, ДГ, Э, ЭП(промышленные сети), ДЭП (дизель-электрические станции)

ОАО «Уралмаш» поставляет более 70 типов коронок с номинальным диаметром от 28 до 127 мм для ручного перфораторного бурения с посадкой коронки на конус или резьбу R25. Коронки изготавливаются из высококачественной стали с использованием импортного сырья для твердосплавных зубков. Технология изготовления и запрессовки зубков гарантирует высокое качество коронок

9. Техника и технология бурения скважин большого диаметра.

Конструкция долота расширителя треста «Союзшахтосушение»

Микротонелирование, фирма «Sandvic»

Расширение скважины «сверху вниз» и «снизу вверх»

• Буровая установка «Майнмастер»

1-бурильные трубы,

2-переходник,

3-канал воздуха,

4- пневмоударник,

5- направляющая скважина

10. Механизм и условия реализации теплового пробоя при разрушении породы с применением электрической энергии.

Разрушение г.п. токами промышленной частоты

Установки УРН для разрушения негабаритов

• Мощность – 400 кВт

• Производительность 50 куб. м/час

• Энергоемкость 7-9 кВт*час/куб. м

Магнетиты, сульфиды, железистые кварциты, мартито-магнетитовые роговики и др.

До 100 Ом*м

• При больших сопротивлениях, более 200 КОм

• Мощность трансформатора 100 кВт

• Напряжение 6 кВ

• Выходное напряжение - до 37кВ

Производительность 10-15 куб.м/час

Доломиты, доломитизированные известняки, сланцы, фосфаты

11. Техника и технология бурения восстающих скважин большого диаметра. Инструмент для бурения восстающих скважин.

Буровая установка фирмы «Робинз», США. Расширение скважины снизу-вверх

Буровая установка «Борвольф»

Стабилизатор и секционный расширитель скважины

12. Механизм дробления и измельчения горных пород. Оборудование для дробления и измельчения пород.

Принцип работы КИД

При вращении вибратора возникают импульсы движения внутреннего конуса, вызывающие объемное уплотнение материала и разрушение преимущественно по слабым межкристаллическим связям без нарушения целостности самих кристаллов, что приводит к снижению энергозатрат и повышению выхода полезного продукта

Виброщековая дробилка

Центробежно-ударные дробилки серии «Титан Д»

• Производительность 1…650 т/час

• Самобалансирующийся опорный узел на воздушной подушке не вызывает вибраций, не требует массивного фундамента

• Окружные скорости 120 м/с и выше

• Крупность питания

-до 70 мм (крепкие руды)

- до 110 мм для менее крепкие (известняк)

17

Основные принципы построения критериев прочности и пластичности

• Условие разрушения

• Анизотропия прочности

• Различие прочности при сжатии и растяжении

• Учитывать компоненты напряжений

• Учитывать время, температуру и др.

Критерий прочности Мора (1900г)

Напряжения на плоскости отсечен­ной призмы:

; .

Возводя в квадрат левые и правые части этих уравнений и исключая угол α, получим

зависимость: . (6.3)

Уравнение (6.3) в системе координат (σ_n, τ_n) определяет окружность радиусом (σ₁-σ₃)/2 и расположенным в точке с координатами [(σ₁+σ₃)/2; 0].

Напряжения в элементарном объеме

К руговая диаграмма напряженного состояния (круг Мора).

Постулаты критерия Мора

1. если нарушение прочности среды происходит вследствие появления в ней скольжения, то предполагают, что такое скольжение возникает на площадках, проходящих через ось σ₂ в пространстве главных напряжений;

2.промежуточное главное напряжение σ₂ не влияет на возникновение скольжения, поэтому можно ограничиться рассмотрением только одного большого круга Мора, построенного с использованием наибольшего и наименьшего главных напряжений;

3. если на некоторой площадке возникает скольжение, то на ней действуют предельные нормальное σ_n и касательное τ_n напряжения, зависящие друг от друга;

Огибающая кругов Мора

Функциональная запись критерия Мора: τ_n = f(σ_n),

Пластическое течение или разрушение хрупкого материала наступает тогда, когда на некоторой площадке максимальное касательное напряжение достигает критического значения, зависящего от действующего на этой же площадке нормального напряжения σ_n.

Согласно физическому смыслу критерия Мора, ордината этой огибающей τ_n должна увеличиваться при увеличении сжимающих напряжений.

Хрупкое разрушение (разрушение отрывом) реализуется в условиях действия растягивающих напряжений.

Таким образом, огибающая кругов Мора отражает механизмы разрушение как сдвигом, так и отрывом.

Прямолинейная огибающая кругов Мора

Из треугольника АВС следует .

После упрощений имеем .