Задание 1. Расчет технологических показателей трудности осуществления основных производственных процессов

Цель работы: определение показателей трудности разрушения и бурения и категорий показателей трудности разрушения и бурения.

Общие теоретические сведения

Общий показатель трудности разрушения породы определяет относительное сопротивление горных пород воздействию внешних усилий и предназначен для общей технической оценки горной породы как объекта открытой разработки. По этому показателю можно определить и правильно выбрать способ механизации горных работ и основное оборудование. В теории и практике открытых горных работ для технологической характеристики горных пород используются следующие группы.

1. Рыхлые и мягкие породы. Отделяются от массива без предварительного рыхления всеми видами горных машин простым копанием с небольшим усилием. Как правило это почвенно–растительный слой, пески, глины, суглинки и др. Эти породы способны сохранять углы откоса 50–60 градусов при высоте уступа до 15 м.
2. Плотные породы. Отделяются от целика горными машинами без предварительного рыхления при достаточных усилиях копания (не менее 0,4 Мпа) либо с предварительным рыхлением. К этой категории пород относятся твердые глины, мел, бурые и каменные угли, глинистые руды и другие. Они способны сохранять в массиве углы откоса до 70 градусов при высоте уступа до 20 м.

При разработке требуется предварительное рыхление взрывным способом, либо специальные горные машины (комбайны, струги и т. п.).

К полускальным породам относятся выветрелые изверженные и метаморфические породы, а также большинство осадочных пород (глинистые сланцы и песчаники). Руды гематитовые, мергели, известняк–ракушечник, аргиллиты, алевролиты, гипс, каменная соль, каменные и прочие бурые угли и др.).

3. Скальные породы. По классификации проф. В. В. Ржевского они подразделяются на легкоразрушаемые скальные, скальные породы средней трудности разрушения, трудноразрушаемые скальные породы и весьма трудноразрушаемые скальные породы.

К скальным относится большинство изверженных и метаморфических пород (граниты, кварциты, базальты, габбро, сиениты, колчеданы), а также некоторые осадочные породы (песчаники, прочные известняки, кремнистые конгломераты и др.).

Трудность разрушения скальных и полускальных пород существенно зависит от трещиноватости пород.

Различают породы монолитные, малотрещиноватые, среднетрещиноватые, сильнотрещиноватые и слоистые.

У монолитных пород трещины практически отсутствуют, у малотрещиноватых расстояние между трещинами 100–150 см, у среднетрещиноватых – 50–100 см, у сильнотрещиноватых – 10–50 см. Породы, имеющие отдельности размером около 10 см являются чрезвычайно трещиноватыми. Слоистые породы характеризуются выраженным напластованием маломощных, сравнительно однородных пластов.

Разрушенные горные породы различаются по степени связности, кусковатости и прочности в куске.

По степени связности различают:

• сыпучие разрушенные породы с коэффициентом разрыхления 1,4–1,65 и более;
• связно–сыпучие разрушенные породы с коэффициентом разрыхления 1,2–1,3;
• связно–разрушенные породы с коэффициентом разрыхления 1,03–1,05, сохраняющие в насыпи крутой откос.

Кусковатость горных пород определяют по среднему линейному размеру куска d_ср.

Выбор способа бурения и определение производительности буровых станков осуществляются в соответствии с классификацией горных пород по показателю трудности бурения акад. В. В. Ржевского, величина которого определяется физико–механическими свойствами пород.

Область рационального применения различных способов бурения определяется в соответствии с величиной П_б:

1. Шнековое бурение – породы с П_б< 6 до 8.
2. Шарошечное бурение – породы с П_бот 6 до 16–18.
3. Пневмоударное бурение – породы с П_бот 10 до 20 и выше.

Необходимо иметь в виду, что пневмоударное бурение чаще всего используется не как основной способ, а применяется при заоткоске уступов при их постановке в конечное положение с целью обеспечения устойчивости бортов карьеров.

На диаметр бурения будет оказывать степень трещиноватости массива.

Эталонный удельный расход ВВ используется не только для классификации горных пород по степени трудности их дробления взрывом. Он является также основой для предварительного выбора технологии взрывания и расчета проектного удельного расхода ВВ.

В качестве физико–технической основы сопоставления пород по сопротивлению перемещению (зависящим только от свойств пород) при выборе средств карьерного транспорта и для последующих технологических расчетов принимается относительный показатель трудности транспортирования породы П_т, устанавливаемый из следующих предпосылок:

• на выбор транспортных средств, степень использования их геометрической емкости и износостойкости основополагающее влияние оказывает плотность, прочность и кусковатость перемещаемой породы;
• на трудность разгрузки породы, связанную с налипанием и примерзанием к рабочим поверхностям транспортных средств, решающее влияние оказывает содержание глинистых частиц и влажность породы;
• степень налипания и примерзания, а следовательно, выбор средств их транспортирования и очистки или снижение эффективной вместимости транспортных средств зависит от времени транспортирования породы и температуры воздуха.

По трудности разрушения делятся на 5 классов и характеризуются показателем разрушения П_р:

• полускальные плотные и связанные породы П_р = 1–5;
• легкоразрущаемые скальные породы П_р = 5,1–10;
• скальные породы средней трудности разрушения П_р = 10,1–15;
• трудноразрушаемые скальные породы П_р = 15,1–20;
• весьма трудноразрушаемые скальные породы П_р=20,1–25;
• больше 25 внекатегорные.

,     (1)

где К_тр – коэффициент трещиноватости пород;

γ – плотность пород в естественном состоянии, г/см³;

σ_сж – предел прочности пород сжатию, Па;

σ_сдв – предел прочности пород сдвижению, Па;

σ_рас – предел прочности пород растяжению, Па.

Буримость – процесс разрушения пород буровым инструментом и характеризуется показателем буримости.

По трудности бурения разделяются на 5 классов:

• легкобуримые П_б = 1–5;
• породы средней трудности бурения П_б = 5,1–10;
• труднобуримые породы П_б = 10,1–15;
• весьма труднобуримые П_б = 15,1–20;
• исключительно труднобуримые П_б = 20,1–25;
• более 25 внекатегорные.

,     (2)

где σ_сж – предел прочности пород сжатию, МПа;

σ_сдв – предел прочности пород сдвижению, Мпа;

γ – плотность пород в естественном состоянии, г/см³;

По трудности дробления взрывом все горные породы могут быть разделены на 5 классов и 25 категорий:

• I класс – легковзрываемые породы q_э ≤ 20 г/м³;
• II класс – породы средней трудности взрывания q_э = 20,1–40,0 г/м³;
• III класс – трудновзрываемые работы q_э = 40,1–60,0 г/м³;
• IV класс – весьма трудновзрываемые работы q_э = 60,1–80,0 г/м³;
• V класс – исключительно трудновзрываемые работы q_э ≥ 80,1 г/м³.

,     (3)

где σ_сж – предел прочности пород сжатию, МПа;

σ_сдв – предел прочности пород сдвижению, МПа;

γ – плотность пород в естественном состоянии, г/см³;

σ_рас – предел прочности пород растяжению, МПа;

К₁, К₂ – эмпирические коэффициенты. Принимается 0,05 и 0,005 соответственно.

Таблица 1 – Исходные данные для выполнения задания №1

№ Варианта	Предел прочности пород сжатию, σсж, МПа	Предел прочности пород сдвижению, σсдв, МПа	Предел прочности пород растяжению, σрас, МПа	Плотность пород в естественном состоянии, γ т/м3	Средний размер кусков, мм	Коэффициент трещиноватости породы, Ктр	Влажность перевозимой породы, W,%	Температура воздуха t, градус С	Продолжительность транспортирования породы, Т, ч	Содержание в породе глинистых частиц, n	Коэффициент разрыхления, Кр
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0	1 19 37 55 73 91 109 127 145 163	0,16 3,04 5,92 8,8 11,68 13,65 17,44 20,7 23,2 26,08	0,1 1,91 3,7 5,5 7,3 9,1 10,9 12,7 14,5 16,3	1,8 1,92 2,04 2,16 2,28 2,4 2,52 2,64 2,76 2,88	108,3 116,6 124,9 133,2 141,5 149,8 158,1 166,4 174,7 183	1,04 1,06 1,08 1 1,01 1,03 1,05 1,07 1,1 1,2	2 3 4 5 6 7 8 9 2,5 3,5	10 11 12 13 14 15 16 17 18 19	0,5 0,6 0,7 0,8\ 0,9 0,55 0,65 0,75 0,85 0,95	0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5	1,12 1,13 1,14 1,15 1,16 1,17 1,18 1,19 1,2 1,12