автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Исследование технологических процессов для формирования в карьере качественного мелового сырья

Р Г 5 ОД

í

• ? » iiR>'3:; г:; у-п'-'л /

п; г? них р. ;!I;okt:;¡

vi у.. J

^ССЛЯДО^Л;'--^:

■ 'ïzxï-юз-- f;тч ■ ;- -oiaccoi;

1Я г •

ü СЫРЬЯ i!

\ ... : ,'ь О:-.! - ' О г:т.-гг. • ¡пг : ' ' ')

- !i

" ' ' i

Аотэрефср.г: 'Л

:íi:c> ejrro««n na c<.ncK8iiite>':e'''tf с en *ч.г ;j

дог: op. > rexifí-ccKir»; itcy<

Ï

M'.icííb: КОС:

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научный консультант докт. техн. наук» проф. ТОМАКОВ П.И.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф.' КСМАЩЕНКО В.И.

докт. тгхн. наук, проф. КАШПАР Л.Н. докт. техн. наук, проф. ПРОТАСОВ Ю.И.

Ведущая организация - Научно-исследовательский институт Курской магнитной аномалии (НИИКМА)

Защита диссертации состоится "•»?."£!к7Г. 1996 г. а чесов па' зоседзикы диссертационного совета Д-053.12.01 при Московском государственном горном университете пс адресу: 1 17935, ГСП, Москва, В-49, Ленинский проспект, д. 6,

мггу:. •

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке уш:верен-сета. ✓

Автореферат разослан 996 г,

Учений секретарь диссертационного сопйти

докт, техн. наук, проф. БУВИС Ю.В.

\

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Природный мел широко используется в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве и в других отраслях при производстве более 120 видов продукции, содержание мела а которых достигает 50,..70 % и Солее. Мелот выми продуктами является меловая горная масса, содержащая куски мела определенной крупности и влажности, которые поступают как непосредственно для реализации потребителю, так и на последующие этапы переработки. На мирозом рынке цека на меловые продукты достигает 540 долларов США за одну тонну. В настоящее Бремя потребности я меловых продуктах в России удовлетворены не более пен на 22...25% при одновременном росте их экспорта как в страны СНГ, так и в страны дальнего.зарубежья (например, за первое полугодие 1995 г. экспортировано меловых продуктов на сумму около 500 тыс. долл. США). Меловые месторождения России, запасы которых составляют более 1,5 млрд. тонн, характеризуются поверхностным залеганием пластов мощностью 30 м и более, зысокпм содержанием CaCOj (до 96..,98%) а расположением преимущественно в экономически развитых районах Курской, БелгороДт ской, Воронежской и других областей. Эти факторы обусловливают природный мел кпк ценный объект, доступный для широкого освоения открытым способом.

В настоящее время в условиях непрерывной изменчивости требований, предъявляемых к технологиям получения меловых продуктов, а также широкого разнообразия характеристик природного мелозого массива развитие меловых производств сдерживается "тстааанием темпов и уровня совершенствования и разработки новых технологических процессов подготовки к выемке, выемки и перемещения ropuoít массы в условиях карьера.

Наибслее'энгргоеыкяии (до 60...86% от суммарных удельных энергозатрат) технологическими процессами мелового производства являются процессы переработки (суШка и дробле-ннс) влажного мелдвого сырья с некондиционным гранулометрическим составом. В настоящее время с условиях непрерывного удорожания энергоносителей снижение энергозатрат при производстве высококачественных меловых лродуктов'является важной народнохозяйственной проблемой.

Снижение влажности и целенаправленное управление гранулометрическим составом мела при добыче в соответствии с требованиями переработки мелового сырья может осуществляться при определенных режимах работы технологического оборудования и позволяет сократить (полностью исключить) наиболее энергоемкие процессы сушки н дробления, а также создает-условия для получения отдельных сортов готовых меловых продуктов непосредственно в условиях карьера.

Для оценки технологических и технических решений по формированию качества мелового сырья при добыче с условиях карьера (при проектировании и конструкторских.разработках) необходим комплекс расчетных методик для опрепаления параметров режимов работы технологического оборудования (рабочих органов экскаваторов и бульдозеров, транспортного оборудования й др.), основанный на установленных закономерностях образования кусков мела различной крупности, изменения их влзжгмгти и сортировки меловой горной массы но'фракции по крупности кусков.

В 'современных условиях для,обеспечения получения при добыче меловой массы с заданными технологическими характеристиками актуальной является разработка научно обоснованных технологический решений, внедрение которым вносит зиа-нательный вклад в ускорение научно-технического прогресса.

Цель работы - разработать комплекс методик для определения технологических параметров добычных работ и оборудования'с учетоы требований, предъявляемых к переработке мелового сырья, обеспечивающих энергосбережение яри производстве высококачественных меловых продуктов.

Ндеа работы. Энергосбережение мелового горного производства достигается за счет сокращения энергозатрат на переработку мелового сырья путем формирования при добыче В составе меловой горной массы фракций кондиционного гранулометрического состава и влажности, не требующих специялиэи-

ронянной переработки, и их выделения из потока разрыхленное го мела в условиях карьера.

Теоретячеекие положения, выноснмые на'эащнту:

1. Параметры работы добычного технологического оборудования при формировании кондиционных фракций необходимо определять с учетом зональности разрушения меловой струягкп-п забое. При этом, геометрические параметры контуров зон разрушения стружки сколом функционально зависят от влажности мела, ширины режущего элемента, углов захвата а резания, скорости резания, конфигурации поверхности стружки и взаимного расположения режущих элементов.

2. При проектировании и разработке мелового забоя стручками необходимо учитывать зоны формирования кусков мела различной крупности:, зона I - мелких куской о области контакта породы с режущим элементом (крупность кусков сравнима с размерами зерен, слагающих массив); зона 2 - средних Кусков а середине стружки над зоной I (крупность кусков превышает размеры кусков из зоны I в 8...25 раз); зона 3 -крупных кусков у поверхности стружки над зоной 2 (крупность кусков превышает размеры кусков из зоны 2 не менее чем а №... 15 раз).

При расчете характеристик гранулометрического состава разрыхленного мела объем яускоп, формирующихся в юпвх I, 2, 3, прямо пропорционален площади поперечного сечения соответствующей зоны в стружке. Крупность кусков фракций I, 2, 3 прямо пропорциональна соответственно максимальному габариту ядра уплотнения по нормали к поверхности режущего элемента, длине границы между зонами 2 и 3 в поперечном сечении стружки, соотношению габаритны* размеров зоны 3 для единичного скола.

3; Параметры работы транспортного технологического оборудования при отделении кондиционных фракций т потока меловой массы в процессе ее перемещения из забоя и перегрузки ленточными конвейерами необходимо определять с учетом зональности накопления мелких кусков фракций 1 ¡1 2 п нняией части потока в результате воздействия ленты конвейера при переходе через ролнкоопоры. При этом, толщина зоны накопления мелких кусков на ленте прямо пропорциональна содержа-мню фракций I н 2 в потоке, количеству ролнкоопор и расстоянию меж.|у ними, а также величине провиса ленты и обратно пропорциональна ширине ленты, скорости транспортирован«9 я влажности разрыхленного мела.

4. При определении технологических параметров добычи необходимо учитывать снижение влажности мела в процессе зачистки и разработки забоя стружками:

- при зачистке массива снижение влажности мела, достигающее 12...26 %, пряма пропорционально продолжительности после обнажения забоя н коэффициенту его трещнноватости и обратно пропорционально максимальной влажности массива перед обнажением и расстоянию, о г поверхности массива (максимальная глубина сшгжеиня ¡влажности и массиве достигает • 360...400 мы);

- при формировании кусков мела п процессе разработки мелового забоя стружками коэффициент снижения их влажности (достигает величины 0,58...0,6) прямо пропорционален влажности кусков перед их формированием б стружке и обратно пропорционален крупности кусков.

5. Э -ргозатраты на разработку мелового забоя, с учетом формирования гранулометрического состава разрыхленной массы при разрушении стружки режущими элементами, определяются-объемом уплотненного мела, контактирующего с поверхностью режущего элемента (ядра уплотнения, уплотнения стенок п дна борозды, вппора породы из стенок и Дна борозды). При этом, необходимо учитывать, что нормальная сила сопротивления уплотненного мела аз участке иопер.мюсти режущего элемента прямо пропорциональна объему уплотненного мела, контактирующего с этим участком, и обратно пропорциональна коэффициенту трещнноьатостн мелового массива. Размер площадок действия сил трения на поверхности режущего элемента прямо пропорционален величине уплотнения соответственно стснак или дна борозды, контактирующих с этой площадкой.

■ Достоверность и обоснованности теоретических «оло-кеппй, выьодо» и рекомендации подтверждаются: сходимостью результатов теоретического моделирования процессов формнрооання'.качеета мелового сырья с данными экспериментом (коэффициент вариации составляет 6...48%), промышленных'испытаний моделей рабочего оборудования и параметрами работы дьйс гвующего карьерного оборудования (относительная погрешность не превышает соответственно при определении параметре!) контуров разрушения меловых стружек сколом режущими элементами 4... 15 %; при определении усилия сопротивления породы разрушению. 2...24 %, при прогнозировании гранулеме? рического состава разрыхленного мела 8,.. 17 %; при п) ннознроваинп платности разрыхленного мела 5...В %).

Научная новизна заключается в следующем:'

- определены характеристики меловых массивов, оказывающие наибольшее влияние на формирование качественного мелового сырья в условиях карьера, и разработаны группировки меловых забоев по трещиноватости и влажности;

- выявлены закономерности образования кусков различной' крупности при разработке забоя стружками в процессе подготовки массива к выемке и выемки мелозых пород;

- установлены' функциональные зависимости для определения геометрических параметров контуров разрушения меловых стружек режущими элементами и разработана методика построения этих контуров для различных меловых массивов н режимов работы режущего оборудования;

- установлены основные геометрические параметры и их функциональные взаимосвязи для ядра уплотнения, уплотнений стенок и дна борозды, выпоров породы из стенок и дна борозды и разработана методика построения их контуров;

- выявлены наиболее часто (до 90 %) встречающиеся формы кусков разрыхленного мела в забое, на узлах перегрузки и конвейерах, и траЦспортцых сосудах, на отвалах н установлены закономерные соотношения их габаритов для кусков различной "крупности;

- установлены -функциональные зависимости Крупности кусков разрыхленного м-ела от геометрических параметров зон их образования при разрушении меловой стружки режущими элементами и разработана методика прогнозирования гранулометрического состава мелового сырь.'! в забое при подготовке и выемке;

- установлена функциональная зависимость нормальной силы действия ядра.уплотнения па участок попорхпости режущего элемента от объема уплотненного мела, контактирующего с этим' участком, а также зависимость геометрических параметров площадок действия сил трения ча поверхности режущего элемента от величин уплотнения стенок и дна борозды, контактирующих с этим участком и разработана методика определения силы сопротивления меловой стружки разрушению режущими элементами;

- определены условия и установлены закономерности пя-■чонлоння мелких фракции разрыхленного мела п пижнеи части

потоки гонцом массы н забое и на лецточны:: конвейерах и разработана методика определения геометрических параметров и

построение контуров слоя мелких фракций в поперечном сеченый потока для различных режимов перемещения горной массы;

- установлены закономерности для определения влажности различных фракций разрыхленного меле в результате его естественной сушки при подготовительной зачистке забоя, выемке и перемещении и разработана методика прогнозирования влажности мелового сырья в условиях карьера.

Научное течение работы заключается в установлении закономерностей формирования гранулометрического состава разрыхленного мела при подготовке массива к выемке и выемке путем механического разрушения меловых стружек режущими элементами; образования зон накопления различных фракций разрыхленного мела в нижней части потока меловой массы при ее транспортировании ленточными конвейерами и перегрузке с них; изменения влажности кусков мела в процессе зачистки и разработки мелового массива и транспортирования разрыхленного мела; взаимосвязи между объемом уплотненного мела, контактирующего с поверхностью режущего элемента, и сопротивлением стружки разрушению.

Практическое течение работы заключается в разработке комплекса методик дла определения параметров добычных работ и технологического оборудования для процессов подготовки мелового массива к выемке, выемки мелов, транспортирования разрыхленного мела, обеспечивающих снижение энергоемкости производства высркокачествеииых меловых продуктов путей формирование кондиционных фракций мелового сырья и продуктов и их отделения из потока горной массы в карьере.

Аиробацво работы. Основные.положения, выводы и рекомендации докладывались на иаучиф-технических советах НПП "ВЕКОС" (г. Люберцы, 1991-1096 гг.), ТОО "МИР" (г. Старый Оскол, 1992-1994 гг.), на научно-технических совеща-ииак со специалистами Шебекннского мелового завода (г. Ше-бекыид, ¡993 г.), Мелового завода СГОКа (г. Старый Оскол, 1993-1994 гг.), на Научно-практическом семинаре с международным участием "Проблемы и перспективы развития горной техники" (г. Москва, 1944 г.) и на кафедре "Технологии, механизация и организации открытых горных работ" МГГУ (г. Москва, 1995 г.).

Лубянками». По результатам выполненных исследований опубликовано II печатных рибот, в том числе 8 брошюр, 1 патент ив изобретение.

£

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 327 страницах текста, 75 рисунках, 10 таблицах н состоит из введения, девяти глав, заключения, содержит список из 151 использованного источника.

' ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Характеристики мелового производства

Мёловое производство включает технологические процессы разработки келов о карьере и его переработки на фабрике сне карьера (рис. I).

Меловой производство характеризуется производительностью ПМ| по производству различных сортов меловых продуктов ri энергозатратами ira их получение Efti.

Энергозатраты Ем; на производство меловых продуктов складываются из энергозатрат Epi на разработку мслов в карьере и энергозатрат E„i на переработку мелового сырья, поступающего из карьера. При этом энергозатраты на разработку ме-лов и на их переработку складываются из энергозатрат по основным технологическим процессам: Ers=Er,1i+E,)!li+Epti (Ерпь ЕрвЬ Epti - энергозатраты соответственно на подготовку мелового массива к выемке, на выемку мелей, па транспортирование и перегрузку разрыхленного мела из забоя на переработку); Еи|=Епс1+ЕПд|+Епи1+ЕЛТ( (Е„сь Е„д|, Е„„ь Е,П1 - энергозатраты соответственно на сушку разрыхленного мела, па дробление меловой массы, на измельчение дробленого мела, на транспортирование мелового сырья при переработке).

Наиболее энергоемкими, согласно анализу известных технология меловых производств, являются технологические процессы сушки [ЕПС|=(0,4...0,6)ЕМ|] и дробления мелового сырья [Е„д|=(0,1. !>,12)Е„|], поступающего из карьера на переработку. Фактические энергозатраты по этим процессам определяются качеством мелового сырья.

Рис. 1. Модель мелового производства

Так, например, при получении некоторых сортов меловых продуктов-снижение влажности разрыхленного мела до 6...8 % позволяет полностью исключить процесс сушки, а получение в карьере разрыхленного мела с крупностыо кусков не более 20.,.30 мм позволяет исключить процесс дробления.

Сокращение энергозатрат на сушку'н дробление мелового, сырья, поступающего из карьера, позволяет снизить энергоемкость мелового производства на 30...80 %. Достигается такой результат при условии целенаправленного формирования качества мелового сырья (куекопзтости разрыхленного мела и его влажности) 0 условиях карьера путем управления режимами работы технологического оборудования.

Технологические . процессы характеризуются показателем уделы(ых энергозатрат ^¡=М|/П„| (Ы, - потребляемая мощность, Вт; П„( -' массовая производительность процесса, кг/с) или для модели технологии.мелового производства в виде потока меловой горной массы с поперечным сечением Р| :

. ' ^=Ы(/Пм1.=р1У!(Р,у1ум,)',=Г,|(Г|ум,)"1, мг/с\ (!)

где P¡ - сопротивление движению потока, в сечении Р(, Н;

-. скорость движения меловой массы в сечении Р|, м/с; • у«, ■ объемная масса мела в потоке в сечении Р(, кг/с. Наиболее, важными технологическими параметрами процессов мелового производства являются (сопротивление 1'Р| меловой стружки разрушению в процессе подготовки массива к пыемке и выемке; сопротивление Р1( перемещению и перегрузке напала разрыхленного мела н др.) и Г,- (плошадь РЕ1 поперечного сечения меленой стружки, разрушаемой при подготовке массива. к выемке м выемке; плошадь Р„! поперечного сечения потока разрыхленного мела при транспортировании и перегрузке, например, ленточными конвейерами).

Существенное (до 100%) расхождение между паспортными н фактическими величинами параметров Ы, и Пм|, имевшее место на практике в меловых карьерах, свидетельствует о неэффективности использования для определения показателей Р( и Р| расчетных методик, полученных для различных горных пород (известняков, глин, песков и др\гих), из-за отсутствия специализированной методической расчетной основы для мелоп, учитывающей влияние па их разработку наиболее значимых свойств и характеристик природных меловых массивов.

Характеристики меловых массивов

Образцы мела, отобранные из различных меловых массивов, имеют одинаковые характеристиками. При этом показатели разработки, например сопротивление копанию ковшом, могут существенно отличаться (до 60...800 %) из-за различия в трещиноватости массивов. Сопротивление копаыню ковшом меловых массивов с одинаковой трещиноватостыо также может различаться (до 50...100 %) из-за различия во влажности массивов (природный мел водопроницаем только по трещинам).

Трещиноватость и влажность природного мелового масси-. ва определяют энергоемкость его разрушения и кусковатость разрушенного мела.

Для оценки трещиноватости используется показатель Ктр (коэффициент трещиноватости). Величины Ктр могут изменяться в пределах от 0,2 до 14 % (для мелов ЦЧО России, Украины и др.). При проведении исследований разработана группировка меловых массивов по трещиноватости: к группе 1 относятся разрушенные меловые массивы (дресва), содержащие крупные трещины, многочисленные, пересекающиеся с шириной целиков не более 1...5 см (Ктр=8...14 %); к труппе 2 относятся массивы сильно трещиноватые с трещинами крупными и многочисленными, с размером целиков не более- 5...20 см (Ктр^б.-.б %); к группе 3 относятся меловые массивы трещиноватые с трещинами, условно параллельными, проявляющимися при промаслива-нии, с расстоянием между инмц до 1 см (К*р=3...4 %); к группе 4 относятся меловые массивы, сравнительно монолитные с трещинами скрытыми в пределах отдельных слоев толщиной 0,8... 1 м, проявляющимися на образцах-после высушивания и промас-ливания (К,р=2...2,5 %); к группе 5 относятся меловые массивы монолитные с трещинами волосяными малочисленными и редко проявляющимися даже при промасливании образцов {Ктр~<1,2 %).. / - - '-., . . •. - :. .... ,• -.,..-.

На основании проявления мелом свойста тнкс.отропии и липкости в зависимости от величины его влажности ю разработана группировка меловых пород: 1) со<8 % - мел сухой, практически не прилипает к поверхности рабочего оборудования и нетиксотропичен; 2) ш=8...16 % мел слабо влажный, прилипает к поверхности рабочего оборудования, но нетиксотропичен; 3) о=16...24 % -.мел влажный, прилипает к рабочему оборудование и частично тиксотропичен (медленно разжижается и быстро схва.ывается); 4) оз=24...32 % - мел очень влажный, .|ри-

лтГггает'к' рабочему оборудованию -я устойчиво тиксотропичен, (б'йстрЪ ра-зжй'жается й схватывается); 5) ш'=32...40 % - мел повышенной: влажности,.,прилипает к; рабочему, оборудованию и частично тиксотропичен (быстро разжижается и медленно схва-

• мел-переувлажненный, слабо прнли-. пает тонким сяоч-'м потеками н иетяксотропичен.

Для меловых массивов КМ А Имеется взаимосвязь между трёЩ'Нчоватостьк} .и. вл^ностьЪ:: К,р=8.-..14 %, а>=6.,.12 %; Ктр= ГОи--1'8"'%:;> К^З^и;^-¿¿22:^8 .%;"' Ктр=2...2,5 %, ю= •-26...36%; КТр<1.2%, со~28*л42%; .

■ .. Зональность разрушения меловой стружки

''. у- .>;-•.■'.•'' р^ягуйишй эд'емУнтамтг - . '

;; •• ,:, Лля точного определения величины площади Р» поперечного сечения меловой -'«трулски необходимо построить контуры разрушения стружки различных мслопых массивов различными . режущими элемента^лр^й' различных.рсяа^мах работы.

/ Контуры разрушения меловых стружек режущими элементами характеризуются т» соответствии с установленной зональностью разрушештя высотами зон Ь2. Ьз и углами их опережающего с ко л а Р.) I) бокового развала <;<.> (рис.2), , которые определяются согласно зависимостям.• установленным 'экспериментально. : '

' ;ГГарамет'рызоны 1 для условий блокированного резан и я. . Высота зоны < определяете^ по формуле \

>,=(К„Н-К<г)К„,КиК1„1 , см. : '■ (2)

где К^. К г2 - коэ фф и и и с и ты, уч и т и в а ю ш и е влияние ширины режущего элемента Б: '. : , . . , • И- толщина стружки, см; ' . г. К,,1 ; К,| , К,„| - коэффициенты, учитывающие влияние соответственно угла речания ар . скорости роаккя Ур . влажности » массива. ''-. '.'',"'" ■ ■ . . .

Коэффициенты.К,| И к"с* определяются ширимой Я режущего элемента и соотношением толщины стружки Ь с шириной

И для условия 1<<1..51Ч .см: к'гз'О.счк при Б<6.см • К,|~ ^052'-О»2при-.8 ;(>...1 2.см- К.,.,-0.42-0.01 И; при 12 ,.1К.см --»0.42-0.01-при .см'- К\,*0.3;

Рис. 2. Схемы разрушения меловой стружки: а) схема опережающего скола (1 - ядро уплотнения; 2 - среднее тело; 3 - крупный выкол); б) поперечное сечение стружки в блокированных условиях разрушения; в) поперечное сечение ср)жки в полублокированных условиях разрушения.

2) для условий h>1,51S , см: при S>24 , см -,Kti«0,4; при S<6, см - К„ =0,88-0,051 S; при S=18...24,cm - KCi=0,48-0,003S; при S=I2...18,cm - Kt1=0,57-0,008S; Kci=5,93-6,43KtI, См; при S=6...12, см - K„=0,69-0,0I8S.

Величина коэффициента K„i определяется углом резания ар: прй ар<90° величина Ka|=sinap; при ар=90...180° величина Kat=2-sinocp.

Величииа коэффициента определяется скоростью резания Vp: при VP<0,1 м/с - К„,е0,96...1; при Vp=0,l...l,2 м/с -K»i = 1,07-0,74V,,; при Ур=),2...2,5 м/с - Kvl=0,38-0,053VP.

Величина коэффициента определяется влажностью со мелового массива: при ш<6...8 % - К„|«0,68...0,7; при ш=8...24 % - Ки|=О,0Г7ю+0,б; при са=24...42 % - Кя|=0,007ю+0,84; при и>42 %-Ki,«1,12...1,13.

С достаточной для практических расчетов точностью (относительная погрешность не превышает 9... 12 %) величины углов бркового развала и опережающего скола можно принимать: у,»86...90° ; (J|«(175...l60)-ap, град.

Параметры зон 2 и 3 для условий блокированного резания. :

Высоты зон 2 и 3 равны и определяются по формуле hi«h3= =0,5(h-h|),CM

Угол опережающего скола зоны 2 взаимосвязан с соответствующим углом бокового развала ¡Зг=1,39()/2 , а угол 4/2 определяется по формуле

vj/j=(0,74h+28)K,.j . град, (3)

где: К »г - коэффициент влияния скорости резания Vp.

При Vp=i...2,5 м/с величина Kvi=l.13; при VP<1 м/с величина KVJ=0,15Vp+0,98.

В зоне 3 углы опережающего скола и бокового развала определяются по формуле

• Pj«4'i = (M7K+f0)iCvjKej . град. (4)

; где , K„j - коэффициенты, учитывающие влияние соогвегег-вепно скорости реза/шя Vp и плаж-носгн массива о.

При изменении скорости резания в диапазоне V?=0,1...2,5 м/с величина К,¿--i.,.1.43.

При изменении влажности' массива в диапазонечо=6...42 %,' величина 46. ' V; . V' "¿'."'л >-.;'. ч''1*- -

На основании, параметров Ьк И}, Рь рь. Р». Ч*^ Ч>А осуществляется .построение' контуров '"■¡^руш^ащ';, ■

стружки режущим эле^ме-нтом "в, блоки|^&анн,цх ур.дов&ях .резд- ... ния (блокированные контурыстружки.У (см. р«с, 2);.; ..

При наднчйи дополнительной, боковой :обна^ек^Й поверхности Массива разрушение:.стружки -иожет, оеущ«Авлят!ьс^ ,*. в полублокированных иди в. с&обдадйых ^¿лйаиях».Степень вявд-»I йия боковой; сво&рдной^ Аовсрхнрсты 'м^еслва^на контуры.; рвз." , ; = рушения стружки лпредёл^готся соотношением ',гЛр'-.С.г:

- расстояние по. горитойтали от Хрйя, Р^уАёго.элемёита до; ки пересечения блоь>1роваинЬго^онтур^ . •*

боковой поверхностью массива, (с*1. ряс. ;2), рпредедяетсл /по ; схеме контуров.стружки пряМУм' измерением' ^ибе.^алитяч^ у^-ски, см; С* •'. расстояние'.'Ш •ФЯА эле-

мента до крайней тйчк1У ^локироминого; йонТура?;струи<Хи:<.Ьм. •'.} рис. 2}, см. Веди.чини, С^ опредепяе^сп по формуле С&^Ь -

Ь^с I в V »+.Ь д »- с йг/ '

Контур етружки, .который расположен ближе к боковой; поверхности массива,,становится ?более пологим - происходит уменьшение у.гло:&луг, -р»; у; и Ру (соотношение р1л и ч/}„ акало- ч гично соотношению р2 и \|/2)

•;..'•.. ' ;';"У1»=кл(Ч'Г>5)+15 , град, (5)

, град. (6)

Контур стружки,- который расположен дальше .от. боковой поверхности массиве, становится -вол^е• ' увеличение углов у, и У'»-У^"; ^.''.-.'.^ч .;.

: ./грай. уУ/:'УуУ. У

На основании пврвмв.трр«-*' ■ .

у?., ж». осуществляется построение контуррш разрушения .1 меловой стружки режушин элементом' в полублокированных ->словн»ч рычания (по,1>блокированные, контуры стружки) (см.

Р'^--)■ • ■' '■'.''. ■■-"?/■ Л'"-:":". .'-'.-'"^у--- .

При наличии двух дополнительных боковых поверхностей мелового массива их влияние на контуры разрушения меловой стружки режущим элементом согласуется с оНисанными выше. Для построения контуров разрушения стружки производится усреднение влияния этих поверхностей на блокированные контуры о соответствии с зависимостями 5...9.

Из основании построенных контуров разрушения меловой стружки режущим элементом производится определение площади Рц ее поперечного сечения любым из известных методов аналитически либо прямым измерением по схеме контуров, например методом полетки.

Практика использования изложенной методики показала, что относительная погрешность расчетных и фактически измеренных величин параметров контуров разрушения стружки не превышает б...14 %.

Кусковатость разрыхленного мела

Различные фракции разрыхленного мела представляют собой различные сорта меловых продуктов (либо готовых для отпуска потребителю, либо нуждающихся в дополнительной переработке).

При разрушении меловой стружки режущим элементом выделяются три класса крупности кусков разрыхленного мела в соответствии с зональностью разрушения меловой стружки: фракция I (мелкие куски, образующиеся в ядре уплотнения), фракция 2 (средние куски, образующиеся в среднем теле), фракция 3 (крупные куски, образующиеся з зоне 3 крупного выкола).

Содержание классов крупности Пц пгт п* по выделенным фракциям кусков мела определяется по формулам:

п,=255(Ь+Ь1)(Р|+Р2+РЗ)"' ,%; . (9)

П5=100(Р3+0,18Рг)(Р1+Рг+Р1Г' , %. (10)

где Р|, Рг, Рз - площади поперечного сечения стружки по зонам соответственно I, 2, 3, см1.

На основании П| и Пл величина 112 определяется по формуле пг=100-п,-п3. %.

Площади поперечного сечения зон F|, Fi, Fj определяются на основании построенных контуров разрушения^ меловой ■ стружки режущим элементом.

Для построения графика гранулометрического состава раз- ' рыхленного мела в стружке определяются для выделенных фракций I, 2, 3 максимальная крупность кусков d|nlt , dj,,,, > dj„., и их средневзвешенная крупность du, , di,p , djc(l

Для мелких кусков фракции J: d,,p=(0,8...0,86)dim«l , см; Величина dIlaal определяется по формулам:

при R»,=2 см din.,=(0,21-0,05R,)R.i , см; (И)

при R.|=2...10 см d,„„-(0,! 15-0,008R,)R„ , см, . (12)

где R»i - максимальный габарит ядра уплотнения noi нормали к передней ани режущего элемента, см. !..

Для кусков фракции 2: d2Bi,t=(0.2...O,26)S.i, см (S,i - длина границы между зонами 2 и 3 в поперечном сечении меловой стружки, которая определяется по схеме контуров разрушения меловой стружки); dj<(,=(0,4...0,46)djlp„ , см.

Пля кусков фракции 3: diв,,rS^^n1,l"^ см - количество кусков, образованных в зоне 3, шт; 5,} - максимальный габарит зоны 3 в поперечном сечении стружки, см); djtp=S,j(n«i+1 )' ,см.\ Для оценки кусков различной формы используются их га- ' баритные размеры (длина ак, ширина в,, толщина-с»}. Дополни- ' . тельно используются показатели, соотношения Габаритов: К,,® =а„вк"'; К.^ацСк"'; K.^BkCj,*', На основании обмера кусков раз-! личной формы и размеров в забоях экскаваторов, на бортовых й магистральных конвейерах, в кузовах автосамосвалов, на отвалах и на лабораторных стендах при разрушении меловых стружек режущими элементами полученьг значения'коэффициентов1, К,., К„, К,с для кусков, вероятность проявления которых в разрыхленной меловой массе не ниже 0,92...0,96: при а«<2,5, см величины К,.= 1... 1,9; К„=1...4; К.«=1...2,8; при ак=2,5...3, см величины К..= 1,85:..1,9; К„=4..3,..4,4; К.(=2,8...3; при a„^3.v.4, см величины К,.= 1,8...1,85; К„=5,3...4.4; К.,*=2,5...3 ; при à„=4,., ...13, см величины К..-1,8';'k;«»2,9/..;4;4; ¿?.v.2,5; при а«=13...50, см Величины К,.= 1,4...1,6;. K,(=ï,9...2,9; ^.,=¿>,4.., , ...1,9; при а«=50...250, см величины К.,= Г;.1,4; К,«=1...1,9; : = 1... 1,4. -'"у "..•.;. ' V- -ч -, ;v; ■. v:

Высокая вероятность проявления кусков с установленными значениями соотношения габаритов означает, что такие куски

1ь

являются равнопрочными по габаритам в своих классах крупности.

По величине максимального габарита куска ак и значений коэффициентов К,., К,с, Квс определяются остальные габариты кусков разрыхленного мела различной крупности.

Количество кусков г^, образованных в зоне 3, определяется по формуле (округляется до целых в большую сторону): п«=8,з5«з",К,ш",1 шт (Без - габарит зоны 3 единичного скола в стружке в направленйи движения режущего элемента, см).

На основании гранулометрического состава разрыхленного мела определяется производительность процесса подготовки массива к выемке или процесса выемки мела по формированию выделенных фракций разрыхленного мела (производительность по дроблению кусков при подготовке к выемке или выемке): N,¡,1=^0,0!П|ПИ. Этот показатель позволяет оценивать технологический процесс с позиции получения определенного сорта мелового продукта.

Формирование ядра уплотнения

При механическом разрушении меловых стружек режущими элементами энергия передается в массив через поверхность режущего элемента и распространяется в объеме породы. Результатом и отражением такого распределения энергии является изменение состояния породы вокруг режущего элемента, выражающееся в образовании ядра уплотнения (пористость в нетронутом массиве составляет около 51 % (без учета трещиновато-сти), а внутри ядра уплотнения снижается до 31 %) и других участков уплотнения мела. Рост уплотненных частей мелового массива приводит к отрыву крупного куска мела на поверхности стружки (крупный.выкол; в зоне 3) и образованию зоны интенсивного трещинообразопания (среднего тела в зоне 2).

Формирование ядра уплотнения при внедрении режущего элемента в мел характеризуется следующими признаками:

1. Ядро уплотнения начинает формироваться перед режущим элементом с самого начала его движения в меле по всей поверхности контакта режущего элемента с породой.

2. Ядро уплотнения непрерывно растет при движении режущего элемента в породе, вплоть до достижения им стабилизированных размеров. Дальнейшее смещение режущего элемента сопровождается либо разрушением массива вокруг ядра уплотнения (выкол на свободною поверхность, трешнны и лр ).

либо разрушением зерен породы, слагающих ядро уплотнения, без изменения формы и размеров самого ядра.

3. Формирование ядра уплотнения сопровождается смещением частиц породы из него в стороны от режущего элемента. Это приводит к уплотнению стенок и дна борозды, остающейся в массиве после прохождения режущего элемента. Рост уплотнения стенок и дна борозды согласуется с ростом самого ядра уплотнения и по мере стабилизации ядра также стабилизируется. .

4. Форма и размеры стабилизированного ядра уплотнения определяются главным образом формой, размерами и простран- ' стенным расположением площадки на режущем элементе, на котором ядро формируется.

.5. Уплотнение стенок и дна борозды может сопровождаться образованием выпора породы из них в борозду в результате возвратныч деформаций массива.

Для решения задач построения контуров ядра уплотнения и других участков уплотнения мела вокруг режущего элемента разработана графоаналитическая методика,

Главным параметром ядра уплотнения является его максимальный габарит по нормали к площадке, на поверхности режущего элемента, на котором ядро формируется

Л.^О.ЗгОБта^ва,, м. (13)

где Б - диаметр окружности, вписанной в площадку, на которой формируется ядро уплотнения, м;

ар, а, - соответственно, угол резания и угол захвата режущего элемента, град.

Для практических расчетов целесообразно принимать площадку прямоугольной формы габаритами БхВ (5 - ширина режущего элемента; В - высота площадки В=Ь|+1»1, см). Для подстановки в формулу (13) принимается Б, равным наименьшему из габаритов площадки: при 5<В принимается ОтБ; при Б>В принимается 1)=»В.

Дополнительно ядро уплотнения характеризуется параметром Л. л бокового смешения частиц из ядра уплотнения, соответствующим уплотнению стенок и дна борозды. Параметр зависит от величины параметра К,1, а гакже от углов резания и захвата. У опережающего края площадки режущего элемента величина Я,!* уменьшается до К,2и1. и пропорционально увели-

чивается до Я02т«1 У противоположного отстающего края площадки ( 1*„ц,п..-,-Кяг1гаи=!0.52и,,|,)-'

Кя21п1ч=0.25П112|81парЗта, , м;

-(И)

при ар<а,

К.11П„=0.25^2,8|па,(2-8|пар), м; (15) •

при ар>а,

К»2^.х=0,25Е„2|51пар(2-51па)), м. (16)

Построение контуров ядра уплотнения, уплотнения стенок и дна борозды производится путем сопряжения прямыми линиями соседних окружностей радиусами: Кя11 с центром в средней части соответствующего сечения площадки и И.г! с центрами на краях площадки в соответствующем сечении ядра vплoт-не'кия.

На основании изложенного разработана методика построения контуров ядра уплотнения и уплотнения стенок и два борозды для режущих элементов различной формы. Сначала ч'эр-мируготся отдельные ядра уплотнения перед каждой гранью режущего элемента, после чего происходит их объединение к формирование общего ядра уплотнения.

Длина I! высота НеФ формирования зыпора породы из стенок и дна борозды определяются величиной соответствующего уплотнения стенки или дна Я,»:

Реальная вы'->та выпора Н„ определяется условиями его "заглаживания" боковыми гранями режущего элемента или задней поверхностью режущего элемента. Высота выпора Н, определяется на основании построения контуров формирования выпора по параметрам Н»ф и путем определения точки пересечения контура с соответствующей "заглаживающей" гранью режущего элемента.

' Контуры уплотненной части мелового массива вокруг режущего элемента используются при анажне их взаимодействия, а также вопросов, связанных с образованием фракции 1 рз1ры<-ленного м-\т,ч, вопросов, связанных с Юкосом поверхности режущего элемента и детального изучения процесса дробления кусков при разрушении меловой стружки.

Ь8фаЗ,14Кя2|, м;

О?)

НОф=(0,008(й+0,152)Яа1| , м.

(1.8)

На основании контуров упя0тне1и!0Г0 мела вокруг режущего элемента определяются объемы С?511 любых его отдельных частей.

Сопротивление меловой стружки разрушению

Стабилизированному ядру уплотнения соответствует определенная величина внутренней энергии, передаваемой в массив через площадку, на которой формируется ядро, т.е. уплотненная часть массива вокруг режущего элемента отражает расход энергии на разрушение меловой стружки.

Проверка проведена путем сопоставления контуров ядра уплотнения и эпюры распределения нормального давления по площадке режущего элемента, на котором сформировано: ядро. .Установлено полное соответствие .указанных контуров и эшор ' для различных условий резания и различных меловых массивов,. , т.е. имеет место соотношение между величиной нормального давления qa¡ в точке на поверхности режущего элемента, контактирующего с мелом а стружке, и величиной габарита ядра уплотнения Кя1 (уплотнения стенок, дна борозды и "заглаженных" частей выпоров): /Дя}*=со«Ш. '

Показатель является удельной объемной силовой (энергетической) характеристикой уплотненного мела вокруг режущего элемента в массиве и отражает энергетику разрушения меловой стружки (ее сопротивления разрушению). '•■'■•.•

Этот показатель зависит от величины третциноватостн ме-. лового массива. Экспериментально установлена зависимость для определения показателя как для естественных меловых массивов (К1р=1,2...14 %), так и для навалов разрыхленного'ме- . да (К(„-25...30 %): . ■ "■-•;<

ц1-(38,6...40,2)К1р-'-5 , даН/см\ (19),

Показатель ц, позволяет определить величину нормального сосредоюченного усилия действия мела нй любой 1-й уча- . сток поверхности реж>шего элемента,' контактирующего с мелом в стружке:

Р«|=Ч»О|=р|(38,6...-10,2)К,р'''5-, даН,

(20)

где - объем уплотненного мела над 1-м участком поверхности режущего элемента, см3.

Для определения псех нормальных составляющих Р„, усилия сопротивления 1',, стружки разрушению целесообразно выделять характерные участки контакта режущего элемента с ядром уплотнения. Так, например, для рыхлителя с плоской не-" . редней гранью выделяются . следующие участки и объемы уплотненного , мела, контактирующего с «ими.-. С}^ - собственно ядро.'уплотнения, расположенное перед передней гранью рыхлителя (ограничивается плоскостями, перпендикулярными передней грани рыхлителя и проходяшпмн через его края); (}„,, - части выпоров соответственно дна и стенок борозды, "заглаженные", соответственно задней н боковыми гранями рыхлителя (ограничены Плоскостями, перпендикулярными соответствующим граням и проходящими через их края, контактирующие с мелом); 0„5, 0,1 - уплотнения стенок и дна борозды, контактирующие с ребрами рыхлителя и расположенные между смежными объемами Р«1...С>„-;.

■ Для решения некоторых з.пдпч, связанных, например, с проектированием рабочего оборудования, целесообразно выделить дополнительно обьемы 0„я и 0,9 -части уплотнения стенок' борозды, контактирующих с крайними нижними углами нижней режущей кромки режущего элемента. Для определения сопротивления струлски разрушению этими объемами можно пренебречь, поскольку они существенно меньше объемов 0,1... ...р„7. Однако роль именно этих объемов С„я н р.? наиболее существенна для опенки причин и динамики износа режущей кромки,

'Величины выделенных объемов определяются на основании построенных" контуров уплотненного мела, контактирующего с режущим элементом (ядра уплотнения, уплотнения стенок и дна борозды, заглаженных частей выпоров) любым из известных методов.

Практический опыт определения выделенных объемов показал целесообразность использования метода определения объемов пространственных геометрических фигур, основанного на усреднении площадей поперечных ссченин этих фигур

по их длине (высоте) Ии^В.^та,,, см (относительная погрешность расчетов не превышает 8... 1-1 %):

0,гИ„1,П...г1);г,.с^\ . (21)

где I, j - номера соответственно выделенного объема и поперечного сечения внутри выделенного объема.

.Так, например, для рыхлителя с плоской передней гранью (шириной Б, углом резания ар, задиим углом а1р, углами наклона боковых граней соответственно левой абл и правой асп) получены расчетные зависимости:

дЯ1=К.,8{0,39Ь,-Ю.62Ь28|п',ар) , см3;

О,1=0,038К,,,(£тар-1,-^а1р) , см3;

О.з=(Ь,+Ьг)(0,05-0,168»пар5{па^)К,|г , см3;

QB4=(h,+h2)(0,05-0,l6SinapSina6lI)R,,1 , см3; QBS=10'40,83SRel2Sinap(I80-ap-a>p) , см3; Q.6=I0"'-2,78(h,+h2)R,i1Sinap(90-ae>,), см3; Q«7=10*4-2,78(h|+h:)Rai2Sinap(90-ain), см3.

(22)

- В ходе расчетов величины объемов Q«j, Qaj, Q,4 могут оказаться отрицательными. Это означает, что режущий элемент не касается выпоров и соответственно не испытывает с их стороны воздействия. Это согласуется с известными рекомендациями о необходимости использования задних углов 0^-8...10° для снижения усилия резания за счет уменьшения трения породы о заднюю поверхность режущего элемента.

Нормальные усилия Р„| направлены перпендикулярно площадке, на которой они действуют, и внутрь режущего элемента (на ребрах нормальные усилия направлены внутрь режущего элемента по биссектрисе угла при ребре).

Кроме нормальных составляющих усилия сопротивление меловой стружки разрушению содержит составляющие • силы трения, проявляющиеся в результате движения частиц мела по поверхности режущего элемента при наличии нормального давления на эти частицы со стороны уплотненного мела.в области его контакта с поверхностью режущего элемента.

Согласно наблюдениям за движением частиц мела по различным участкам режуших элементов, а также анализу поверхности изношенных режущих элементов (например, зубьев ков-

шей экскаваторов) смещение частиц породы осуществляется только на отдельных площадках поверхности режущего элемента вблизи ребер. При этом в средней части, например, передней грани рыхлителя движение частиц мела может отсутствовать.

Геометрические параметры площадок на поверхности режущего элемента, расположенных вблизи его ребер, определяются параметрами соответствующих величин уплотнения стенок или дна борозды:

Ь1р|=(0,7...0,8)Я„21 , см. (23)

Выделяются следующие характерные площадки действия сия-трения Ртр| на поверхности режущего элемента (например, рыхлителя): на передней грани режущего элемента у нижней 0,Р1 и боковых 0,Р2, (3,рз ребер (результат действия ядра уплотнения); на задней грани С?тр4 режущего элемента в области действия заглаженной частивыпора мела из дна борозды; на боковых гранях С}»р5, СЗтрб режущего элемента в области действия заглаженных частей выпоров мела.из стенок борозды; на ребрах режущего элемента <31рз, СЬр9 передней грани и (Зтр|0, С?тРи задней грани.

Величина сил трения Р,Р|, проявляющихся на таких площадках определяется нормальными сосредоточенными усилиями Р0|, проявляющимися на этих площадках:

Р.р^трЧуОтр! , ДаН (24)

где - коэффициент трения частиц мела о поверхность режущего элемента;

, 0,рг - объем уплотненного мела, контактирующего с ¡-й площадкой действия сил трения, см3.

Таким образом, для определения величин сил трения Р1р| предварительно определяются площадки их действия на поверхности режущего элемента и объемы 01р| уплотненного мела, контактирующие с этими площадками. Затем с учетом величины коэффициента трения С,р, определяются величины сил трения. - ■ ' ' ■

При проведении экспериментов получены зависимости для определения величины коэффициента трения мела о режущий элемент:

I) для режущих элементов с шероховатой поверхностью (например^ новых нешлифованных 3} "ьеп ковшей) при ь»"^ %

!! V,„,<2,5 м/с величина fT(,=0,07...0,09;- при и=24..,38 % и V.,„<0,0S м/с величина f)p=l,51-0,Q4ca; при -«=24...38 % н '.',,,,"(),05...2,5 м/с величина Г,р= 1,41-0,03«;. при. со=8...24 % i¡ V,,„<0,05 м/с величина ÍT|,=0,94-0,Olea; " при со=8...24 % и V.;.,=0,05...2,5 м/с величина f,,,=0,88-0,01 й; при и<8 % и Л'.ш<г2,5 м/с величина Гтр-0,74...0,79; ,

2) для режущих элементов с гладкой отшлифованной поверхностью (например, новых отшлифованных .•зубьев кови'си или зубьев,, отшлифованных в процессе работы - частично изношенные) при со>38 % и V,¿,<2,5 м/с величина Гтр=0,05...0,07; при ci~24.,,38 % и V,„„<0,05 м/с -величина Ггр= 1,25-0,03ю; при ©"24...3Í3 % и V,„«0,05..,2,5 ы/с величина f,y*l ,06-0,03»; при Ü--8...24 % и V,„<0,05 м/с величина Гтр=0,79-0,0¡а;'при о)=8...24 Уз и V .,.,=0,05...2,5 м/с величина Гт.,—0, б б - 0,0 I (6 ; при м<8 % и V,,,,<2,5 я/с,величина Г7р=0,55.,0,7. - .

Папраилепис сил трения совпадает.с направлением-движения частиц мела по поверхности режущего элемента, (из ядра' . уплотнения, частицы смещаются но передней грани режущего ол с у сита от центра к краям,-а по задней и боковым граням -,i¡ . сторону, противоположную движению режущего элемента).

Точки приложен и я действующих нормальных сил P„¡ и сил треднк P,pi определяются положением центра тяжести соогвет-■сгвугащел площадки на поверхности режущего элемента.

Сумма иссх нормальных составляющих P¿i и сил -трений . определяет величину и направление 'действия результирующего усилил PSp сопротивления меловой стружки разрушению режущ««,; элементом.

При иросктировашш технологических процессов часто пс-ейхокамо определять не само усилие Pj,, сопротивления, а его проекции V декартовых осях координат X, Y,'Z; ,Psps (тяговое усиль-; или усилие резания, направленное по оси движения ре-: 'лушю -эяекеита), Pïp;- (сдвигающее.усилие, направленное вбок от осп дакжения режущего элемента) и Р-р/(выталкивающее уенпке, направленное вверх из стружки). Эти проекции усилия • сопротивления на осн.координат определяются как суммы соответствующих проекции всех его составляющих.. Такой ■ подход позволяет провести детальней анализ энергетики дробления мсяз яри разрушении стружки.

, Дня экспресс-оценки сопротивления мелотои стружен раз-ipyiufjíük» используется показгтель тяг<>вого усилия Pïpi. для укрупненного определения которого экспериментально получена

зависимость от 1 1 °/о):

(относительная

погрешность расчетов ne лревыша-

Pïp^lB.lShK,,,"' 5sinap , даН. (25)

Изложенная методика определения усилия сопротивления меловой стружки разрушению, его составляющих и проекций применима и для других пород, разрушающихся сколом, таких, как сухая глина, мерзлый грунт, мергель, известняк и другие. При этом может понадобиться уточнение величины показателя Ч»- ' - 1 ;.•■'..' - ' / . '

. Сортировка кусков мела на ленте конвейера

. Объем различных фракций разрыхленного мела и их крупность формируются при. разрушении меловых стружек режущими Элементами в процессе подготовки" массива к выемке п выемки, Однако всё фракцйи содержатся в потоке горной массы перемешанными между собой. Качество мелового сырья, поступающего па переработку, из. карьера, повышается при разделении общего потока меловой массы на отдельные потоки, содержащие отсортированные фракции кусков мела. ' ■ .При переработке такая сортировка осуществляется грохочением п классификацией, эффективность которых не превышает 10...12 % при влажности исходного продукта более 12...16 %.

• В условиях карьера длясортировки"разрыхленного мела могут использоваться технологические процессы транспортирования и перегрузки горной массы, при 'использовании, например, ленточных конвейеров. ' .' -, ;; .

/ ; При noi ручке разрыхленного мела на ленту конвейера куски различной крупности перемешаны между собой. В процессе движения ленты' с горной массой...происходит пространственное ; пср|?распределе],1не>^сков различной крупности в результате их взаимного' перемещения под действием рабочей поверхности ленты. Такое воздействие вызвано колебательными движениями ленты, которые обусловлены тем, что.лента движется по роли-коопорам. ;•''• • • • ' "V

' ÎÎ начале движения ленты крупные куски мела смыкаются друг с другом, и препятствуют вышележащим более мелким кускам смешаться вниз на ленту. При переходе через рОликоопор> куски раздвигаются и наклоняются относите ьно оси движения.

а мелкие куски получают возможность смещаться между крупными на ленту.

Смещение кусков определяется силами трения меда о мел, а также о рабочие поверхности. Экспериментально установлена зависимость для определения величины ^р коэффициента трения

Гтр»0,01у„+Кгтр , (26)

где КГгр - экспериментальный коэффициент.

Экспериментально установлены значения Кг,р для разрыхленного мела (объемная масса у„== 0,7...2,3 кг/см3): для внутреннего статического трения Кг,р=0,65...0,85; для внутреннего ди-' памического трения К(1р=0145...0,б5; для трения о сталь Кгтр= =0,3... ,7; для трения о резину конвейера К{Тр=0,35...0,75.

Явление смещения кусков при переходе через роликоопо-ры повторяется многократно по.мере движения ленты с.горной массой н приводит к накоплению мелких кусков на лейте конвейера в виде своеобразного слоя. При этом, крупные куски могут "вытесняться" на поверхность слоя более мелких кусков.

Накопление мелких фракций на ленте конвейера характеризуется показателем эффективности накопления Э„„, отражающим отношение массы мелких фракций в накопившемся слое на ленте конвейера Ммд к массе этих фракций Мм„ в общем насале разрыхленного,мела, транспортируемом ленточным конвейером.

Получена зависимость для определения Э„м:

Эви=11В„1+0,56(со-3)]-1 , (27)

где 1 - продолжительность' вибровоздействия ленты конвейера на горную массу, с;

В„-эмпирический коэффициент;

и - влажность разрыхленного мела, %.

Коэффициент В» учитывает влияние частоты колебаний V., лепты ярк переходе через ролнкоопоры и амплитуды этих коле-бапиИ Ая. При изменении частоты и амплитуды колебаний соответственно в диапазонах ул=3...1 Гц и Ал=40...120 мм величина коэффициента Вн изменяется в диапазоне В„=0,88...0,98.

Из основании проведенных экспериментальных исследований установлено, что максимальная величина эффективности

накопления мелких фракций на ленте конвейера Э,ш достигает 0,8. ..0,95. .

Эффект перераспределения разрыхленного мела при транспортировании, приводящий к накоплению мелких кусков в виде слоя на рабочей поверхности транспортирующего оборудования, проявляется и в транспортных сосудах (кузовах авто-сзмосвалов, думпкарах и т,л.), но в значительно меньшей степени. Эффективность накопления мелких кусков на днище кузова автосамосвала не превышает 0,04...0,07 даже при транспортировании на расстояние 4...5 км. Это объясняется тем, что в кузове крупные куски располагаются более чем в 3...5 слоев над днищем." При этом, взаимное смещение кусков незначительно, что препятствует перемещению мелких кусков между крупными к днищу кузова..

На основании исследований эффективности накопления мелких кусков на ленте конвейера установлена зависимость для определения толщины зоны Ьил накопления мелких фракций

- ^ 5.;Л[0,5б(Ы-3) + В,,1Г- <28>

где. Ьр,, - расстояние между роликоопорами (шаг установки ро-ликоопор), м; . .' '

П1 - содержание мелких ¡-тых фракций в навалу %;

пр„ - количество роликоот-р, через которые пройдет меао-вая масса за время I, шт;

Ь„ - величина провиса ленты между ролнкоопорама, м.

Площадь поперечного сечения навала на лейте конвейера шириной определяется условиями погрузка горкой массы по соотношению скорости У„ погрузки разрыхленного мела на ленту конвейера (скорости Падения кусков) и скорости V» движения ленты конвейера: Ря^лУ^"' , м* (Р„ • пдошадь поперечного сечения потока разрыхленного меда при его погрузке , на ленту).

Согласно известным данным н наблюдениям за рвотой ленточных конвейеров при транспортировании меловых пород установлено, что налипание влажного меда на ленту конвейера происходит в пределах зоны накопления'мелких кусков.

Экспериментально получена зависимость для определения толщины слоя мела влажностью 24,„20 Н, налипшего на ленту конвейера '

Ь,=КМ > м,

(29)

где К„ - эмпирический коэффициент, учитывающий влия-пие шероховатости ленты конвейера. . '

При исследовании налипания мела на новую ленту конвейера установлено, что нри транспортировании в. течение 20... 120 с величина К„=0,15...0.3; при транспортировании в течение 120...220 с величина К„=0,3... I. _ При исследовании налипания мела на работающую ленту конвейера, предварительно очищенную чистиками от ранее налипающего мела, установлено, что-при транспортировании в течение 20.;.90 с величина К„=0, !5... ...0,3; при транспортировании в течение 90... 160 с величина К„= =0.3...1. .■•:•'■- - ./ .

Характерное проявление налипшего мела в виде слоя про- . является при влажности. 20,..32 При влажности мела менее 20 % куски могут налипать на ленту в виде отдельных комков, т.е. понятие налипшего слоя в данном случае, отсутствует и величина Ьм не определяется: При влажности менее 6...8 % куски мела, практически, не налипают на ленту конвейера. Г1ри влажности мела более 36 ..40 % разрыхленный мел налипает на ленту в виде отдельных комков и натеков, но не в вн"де слоя и соответственно величина ЬлИе определяется. '

Фракции разрыхленного мела крупностью Менее 3 мм и влажностью 16...22 % обладают способностью комковаться при конвейерном транспортироганни в окатыши крупностью до 5.„10 мм. При добавлении к этим фракциям кусков крупностью более 10 мм и влажностью до 18...22 % может происходить налипание окатышей па ленту конвейера в результате удара более крупных кусков по окатышам. При этом, образование слоя налипшего мела на ленте конвейера не наблюдается и соответственно величина Ь, не определяется. ;

Разработанная методика позволяет построить контуры поперечного сечения потока разрыхленного мела и контуры зон внутри него, содержащих три фракции кусков мела различной крупности и влажности.

На основания построенных контуров поперечного сечения потока иеяовой массы на ленте конвейера определяются площади поперечБОго сечения Р.% (всего навала меловой массы);

(»ни накоюяеиия мелких фракций на ленте конвейера); Р» ., . (зоны образования слоя налипшего мела на ленту конвейера) любым т известных математических методов ^налитичс. ки лн-бо по схеме сечсння потока, например методом полетки.

На основании этих площадей определяется производительность процесса транспортирования по сортировке фракций разрыхленного мела внутри потока горной массы: П,а|=РВ1Улум, кг/с, ■"'<•" ' : • ... '. ;

Сопротивление. Р, сортировке является одной из составляющих сопротивления Р,р транспортированию (тягового усилия на ленте), которое определяется по известным методикам. Величина.Р, всегда имеет место при транспортировании разрыхленного мела и, если сортировка внутри потока в дальнейшем не используется, то величина Рс относится к потерям энергии. Использование';«? сортировки мела на фракции внутри потока при транспортировании ленточными конвейерами горной массы "из карьере не требует, дополнительных энергозатрат, а, напротив, повышает коэффициент использования энергии, расходуемой на транспортирование.

Разделение разрыхленного мела на фракции при иербгрузке с конвейера

"При перегрузке отсортированного на фракции потока меловой горной массы череэ бункера происходит обратное перемешивание фракций разрЬ1Хле.нного мела, если не осуществляется разделение потока на отсортированные по фракциям отдельные потоки разрыхленного мела. /

Известен ряд технологических и технических решений по разделению падающего потока горной массы на фракции с использованием различного рода отсекателей. Причиной, по ко-■ торой такие способы, не получили распространения, является их ' низкая "эффективность (эффективность грохочения не превышает 0,07.,.1), 16) из-за отсутствия методик, позволяющих характеризовать распределение различных фракций разрыхленного мела а падаюШем потоке и, соответственно, точно определять конфигурацию и позиционирование отсекателей-отборщиков. . > Согласно известным исследованиям, породу при ее перегрузке в падающем центробежном потоке (например, с конвейера или. метателя), целесообразно рассматривать в виде расширяющегося при падении потока.

В продольном сечении контуры падающего потока при перегрузке с конвейера разрыхленного мела й его внутренних зон имеют вид, близкий к Параболам, уравнение которых можно представить в.общем вид« ; ' ■

¥' = 2%Х''М' (30)

где g - ускорение свободного падения, м/с1;

- линейная скорость кусков ¡-го слоя породы в потоке по его высоте от ленты, м/с;

X, У - соответственно координаты точек траектории движения кусков ¡-го слоя в потоке горной массы, м;

Согласно известным исследованиям, скорость движения V! определяется по формуле

, м/с, (31)

где V,, .корость движения ленты конвейера, м/с;

Яе- радиус барабана, м; - с!л-толщина ленты конвейера, м;

1*1 - расстояние от центра вращения барабана до центра тяжести падающего куска ¡-го слоя потока, м. '

Для построения контуров падающего "потока горной массы при перегрузке определяется положение точки 0| (Начала координат) для каждого слоя породы в потоке в отдельности. Ось У обычно выбирается направленной от точки О; к оси вращения барабана, а ось X - направленной в сторону падения кусков и перпендикулярной оси У. '

Точку 0( обычно связывают с точкой отрыва потока породы от ленты конвейера или поверхности барабана (в общем случае - с точкой отрыва породы от рабочей поверхности оборудования). Положение точки определяется углом <р между вертикалью и точкой отрыва потока от рабочей поверхности.

Для сухой породы угол <р определяется по формуле сов<р=

Падающий поток породы характеризуется внешними контурами; нижним (начало координат в точках Оц - точках отрыва от ленты кусков, лежащих на ней) и верхним (начало координат в точках О«, расположенных на пересечении верхнего контура навала породы па ленте со стороной } гла <р).

Для определения скорости У| при построении внешних контуров потока горной массы используется формула (34). Предварительно определяются величины Я| (соответственно для нижнего кои ра и для верхнего ко гура

г.

где heiшсо?анаа/ала,породы йя ленте. (iri-м сечении-по ши-; р и не ленты) и момент отрыла от рабочейповерхности, м. ; • .'В^^яиыу^Гяпредв^ютсг-^а-основании величины' пло«

■ щади". на ленте F* и. геометрических контуров.-яёнтй^юбчм,- и! иэаест'нйх -методов, (например, пря«

'умым-излтёредием,

Продёдензш^ показы»«

Уют,; что? -й М^ет^дд!кз;* построения аиешпнх контуров

Дадакзщего, потока¿¿рчой транс-

■ портироааниа лухйгЪ^'.■ нсДол«е- 'б... 8. % без. учета различной крупно-стйпри прдхоаденуш^через poflîi.KoôHdpw.; ; У, - У ;

'. ; ' > Эксде^йййта^^^ nbpepac«

'rinj^ÂeSeimV^^jitiiuîçtf ps^pbtoewHorö; мела 'Сохраняется И В па'«, дающем потоке ri pii его перегрузке с конвейера. Образ о вап и е ;квЛИ1ше,гЬ слоя ^^кк^-еИНО^^мУмЪр^'води^к изменению по' ; ложенИя тМ'кй о^рт^йа-Пброды:-от.¿гёнхы конйёйера и, соответст-<•" аеннв,. к коятур^в падающего потока.

t~ V, . Для •¿лу4'&е4г"-';/разрыхленного, мела

построения контуроа

"-. п â'jiàtôti),« г.аГ ^Ьотйка'гё^^лШй^ея^ч ^й^&ьбд и siaç'-внести- ,и.з Mfé и е--'-.'• Аия'У определений (согласно

. э к с п е р и м е н t а л ь н а м. да наш м,' дл я p-ä зр ы Хле н и о го мела влажностью 20...32-'% великина' Угл'а отрыва фА сбставляет 45,..80°). С учетом малпншего слоя - .; ..-. '■„:. -

:: • ; ; : - : ;. (34)

,'Д Г Поскольку отрыß riOTöка 'происходит ие от Ленты конвейера, а от яйлипШег.о--м1>^-''^бдайх1-куё:к6в' мела, положение Tv чек Qu 'определяется с учетом'^ величии (откладываемых от оси барабана на стороне угла (?.,):

R«.,i=R6+d..+hai, м. (35)

Положение точки Оц также определяется с учетом величины . ■ ■ •

О результате перераспределения кусков различной крупности при транспортировании разрыхленного мела на ленточном конвейере образуется граница.между зоной накопления мелких кусков на ленте и вытесненными над ними крупными кусками. Для построения контуров этой границы (внутренний контур падающего потока) при перегрузке с конвейера используется изложенная выше методика.

Положение точек 0„! начала координат границы зоны накопления мелких кусков на ленте в падающем потоке определяется углом фл с учетом толщины этой зоны Ь„1 в сечениях по ширине лепты:

ЯИ,=Я&+<1Л+ЬИ| , м. (36)

Следует учитывать, что ширина зоны накопления мелких фракций в падающем потоке БмггЧР,8...0,9)8ИЛ. м.

.При определении позиции отсскателя-отборщика мелких фракций следует учитывать, что.в зоне накопления мелких кусков могут содержаться более крупные куски, кру-пность которых больше толщины зоны: <!*<( 1,8...2,1 )Ь„.,,м.

При наличии налипшего слоя толщиной Ьл в пределах зоны накопления мелких фракций могут содержаться куски, крупность которых в 1,8...2,1 разя больше; чем толщина слоя накопления мелочи: <£К<(1,8...2,1)(ЬИА4|Я), м (без учета толщины налипшего слоя). ,

На основании построенных продольных контуров потока производится построение и любых поперечных контуров потока. Это целесообразно производить Для более точного позиционирования отсекателя-отборщика мелких фракций из падающего потока разрыхленного мела при его транспортировании ленточными конвейерами.

Предварительно необходимо построить поперечное сечение навала разрыхленного мела на ленте конвейера непосредственно перед разгрузкой с барабана. После этого определяется высота навала Ьи| в любом продольном сечении и соответствующие ему параметры Ь„Л| и.Ь,| прямы*! измерением по схеме поперечного сечения навала. На основании этих параметров может быть построен продольный контур траектории движения кусков рассматриваемого участка потока горней массы гри перегрузке с - »нвейера. На основании ряда таких контуров про-

изводится построение контуров поперечного сечения падающего потока меловой горной массы, а также контуров зоны накопления мелких кусков внутри потока.

На основании контуров поперечного сечения падающего потока меловой горной массы и зон внутри него, содержащих отсортированные по фракциям куски мела, определяются площади их поперечного сечения Р^ и производительность процессов !рацслортирования и перегрузки горной массы по сортировке разрыхленного мела: П^Р^УдУ»!, кг/с (уМ| - объемная масса разрыхленного мела в соответствующей зоне падающего потока, кг/м3).

Сортировка потока горной массы отсекателями при ее перегрузке с ленточного конвейера не требует дополнительных энергозатрат и соответственно сопротивление сортировке в падающем потоке IV- 0.

В совокупности перераспределение кусков на ленте конвейера при переходе через роликоопоры и разделение перераспределенных по крупности фракций кусков мела в падающем потоке при перегрузке с конвейера позволяют осуществить сортировку разрыхленного мела на различные сорта в условиях карьера без использования дополнительных технологических операций грохочения путем определения продолжительности транспортирования, необходимого для образования зоны накопления, мелких кусков мела на ленте конвейера, а также контуров и позиционирования'' отсекателей для сортировки общего потока горной массы на отдельные потоки, содер :ащие определенные фракции разрыхленного мела.

5 Влажность разрыхленного мела

Влажность разрыхленного мела более 12... 14 % определяет необходимость использования процесса сушки, что значительно увеличивает энергоемкость всего мелового производства, а также оказывает влияние на эффективность работы технологического оборудования.

При проведении замеров влажности по глубине мел1лого массива, который выдерживался после зачистки обнаженной поверхности не менее 10 суток, установлено, что максимальная глубина снижения влажности Ьит„ и суточное изменение влажности в верхнем слое массива (навала) толщиной Ь„,„и определяются трешиноватостью массива (навала) Для выделенных групп меловых массивов по трещнноаатостн установлены вели-

чины Ь„и„ и Ьв1В|В: 1) Ь„го,,=28...34, см и см, 2)

Ь,и„=24.,.26, см и Ьит(„=4...5,, см; 3) 1.,.23, см и

Ьвп1«"3..,4, см; 4) Ьив„=17...19, см и (^„[„^^...З,, см; 5) Ьия„= = 10..Л5, см и Ь„Ч|Я-2.;.2,5,. см: Для навала разрздхЪеадого/ мела с коэффициентом разрыхления Кр=1,2,.,1,3 соответствует массив с треииноватостыо К1р=20...30% и соответственно: 11®«»»= =36...40, см и ЬвИ(,=8...9, см.

Следует отметить, что» величины %и птяп поручены экспериментально при изучении меловых массивов,с величинами коэффициента трещинрВатости, 1%; 2,5 .2,8%;

з,4...3,8%; 4,8...5,6%; 10...14%), а для'диапазона К,„=14 ..30 % -методом экстраполяции по' данным^ .полученным,"измерениями для значений коэффициента 'разрыхления «ела -КрЩЛ&.тЛ;}!; ■

Текущая величина глубин», массива НФ '*отороГ1 происходит снижение .....кдажиостиу'лави'сит' от ' 'Продолжительности ■

естественной сушки> массива после зачистки его иойерхнот сти н треа^иноватости массива. Для выделенных групп меловых массивов по:трещииоватост«-:установ лены заврс№м ости для он -ре деления 1) при 1,<0,5 суток см; при ^>0,5 суток

Ь«,.,»28...34, ¿м; 2) при 1Г< 1,0 суток Ьв,г-*25(„ см; при 1С>Г,0 с>-ток Ь»,т^24...5б, см; 3) при г,<Г,5 суток см; ггри 1е>1.5

суток 1^—21, см; 4) при 1*<1,6 суток см, при

1,>1,б суток Ьв<1*14„. 15, см; 5) при 1<<2.0 су1-о(; 21,, см,

при ^>2,0 суток Ь«.,*10...12, «м. Для навала разрыхленного мела с коэффициентом разрыхления К???1;25.:.1,3: при и<0,12 суток Ьвх^О^.рм; при 1,>0,12 суток »36,.;40, см..

Разработана методика построения диаграммы распределен пня'влажности по глубине массива от его рбнаженной поверхности (в качестве исходных данных используются значения коэффициента трс!цнномтйстн\К»рч^иач8льнойвл]ая;и<>с^^

и., продолжительности 1выдерягивзпня массива после его зачистки):.- ■■'г' -• Г'г''."' ". :

11) опредадяются вел^чцны/Ьдаа«, « согласно которым .

на сетку износятся содтвегетвутавдие' границы зоны'ыакеималь-ио8 глубины, сикхаип .вяапшостй зоны.су точных .козебаиин ' ■шшктв вблвзв! гаоверхио?Т|5'. .«»вевямг."' Н и же,гран иц ы /ф.^«,«;. ¡влажность тассива равня с:>в. ; •"';-. 'V:¡' • 'ЛУ.'.;<

2) определяется глубина свиисннявлажности в масси-яе-шя тгеЁугашй момент .'Аре*»«!«V |1тажиосз I.;массива'.Между. .грлвноами . и .равнз си», -- .

3) снижение влажности массива в результате его сушки в процессе зачистки поверхности массива происходит между границами Ьипип и Ьтт. Величина влажности массива сй„ на глубине Ьшт1п определяется по формуле

■ш-в=сй0(1-Кв) , %, (37)

где К» - величина удельного изменения влажности по глубине массива, зависящая от трещиповатости мелового массива или навала разрыхленного мела).

,При Ктр=0,2...4 % Ко=0,034Ктр; при Ктр=4...]4 % К„= =0,013Ктр+0,06$; при Ктр=14...30 % Км=0,25...0,27.

4) величина влажности на поверхности массива и ее колебания в течение суток Определяются по экспериментально полученной формуле:Од^б)»-^,5,..2), %.

При этом большему значению шд соответствует ночное состояние массива, а меньшему т дневное.

Согласно величинам глубин зон 111 и соответствующим им значениям о>1 строится диаграмма распределения влажности по глубине мелового массива при его естественной сушке.

Под действием длительных дождей влажность массива в пределах глубины ЬШгаах может повышаться до величины <э0. После окончания дождей снижение влажности в результате естественной сушки массива подчиняется изложенным выше материалам. Кратковременные осадки могут привести к повышению влажности в пределах сл'оя толщиной 1зит|0.до величины о0.

.Сопоставление "диаграммы распределения влажности с контурами разрушения, меловой стружки позволяет определить влажность ш0| различных фракций кусков мела на момент их образования при разрушении меловой стружки.

При проведении экспернмен?альных исследований по изучению влажности кусков мела при их образовании установлено, что влажность куска мела шР1 Определяется его крупностью <1|и и влажностью непосредственно перед образованием при разрушении меловой стружки режущими элементами: шР1= =Кдшш0| (КДй - коэффициент снижения влажности кусков при их образовании, зависящий от крулности этих кусков и их влажности непосредственно перед образованием).

Экспериментально получены зависимости для определения КД(а при.образовании кусков мела крупностью 9 мм; 8 мм; 7 мм; б мм; 5 мм; 4 мм; З.мм; 2 мм; 1 ми соответственно: I) три

ш„,=8....40 % - КЛш,*0,99; КА„,«.0,98; КЛм7«0,97; 2),при «„¡=8..у22 % - Кл„6=0,98...0,9б; при со,-,=22...40 .•%/'- Ка^«0,96;" 3) при ш„,=8...24 % - КЛм5?=0,98...0,91 ; при со„|=22..'.40 % - КЛи5«0,91; 4) при <о.1=8...22 % - КЛи4=0,98.,.0,87; при- «„,»22.'... .:.40 % -1Са„4«0,86: 5) при го,г=8...22'%"- КЛо,з=0,98...0,82; при .«„¡=22...40. % - КЛю3«0,82; 6) при ш0(=8....22 % - КДв,=0,98.:.0,73; при ©„¡-22...40 % - КЛИ2«0,73; 7) при со„|=8...22 % - КДа>,=0,98.,.0,62; при (»„¡=22..'.40 % - К4т,«0,61. ;

Согласно проведенным исследованиям, куски мела крупнее 10 мм, образующиеся при.разрушении меловой стружки сохраняют влажность св0|, имевшую место перед их образованием. Для практических расчетов целесообразно принимать, что для кусков крупнее 10 мм К.л«к1-

Г и влажности массива менее 6...8 % образование кусков любой крупности не сопровождается потерей влаги (величина снижения влажности не превышает 0,05...0,1 % и.ею. можно' пренебречь). В этом случае для практических расчетов целесообразно принимать КЛга»1. ' \

Величина в0! определяется для различных зон разрушения мелогой стружки (ядра уплотнения, среднего тела, крупных кусков) на основании диаграммы, высыхания верхнего слоя массива (иавала). 1 .

Наибольшее снижение влажности происходит в. ядре уплотнения. Отжатая влага оттесняется на границы ядра уплотнения, ь том числе и в зону контакта ядра уплотнения с поверхностью режущего элемента. О момент образования крупного скола ядро уплотнения разрушается и образовавшиеся в нем частицы мела ьторпчно смешиваются с отжатой влагой. Влажность этих кусков мела соответственно повышается (происходит повышение величины коэффициента Кдш до всличипы .к&юс22 *(0,3...0,5)(1-КДв)+1СДа.

Длительность вторичного смачивания частиц разрушенного меда определяется скоростью движения режущего элемента (скоростью резания) и составляет не более 0,1...1 с.

Согласно изложенному, методика прогнозирования влажности разрыхленного мела заключается в следующем;

.1. Производится построение диаграммы распределения влажности по толщине разрабатываемой стружки непосредственно перед ее разрушением.

- 2. Сопоставляя данные диаграммы и конт>ры зон р. ¡рушения меловой стружки (зон образования различных фракций кус-

ков мела), определяют величины влажности этих фракции 0)3( перед их "образованием. ,

. "};. На основании величин крупности £)и фракций разрыхленного мела определяется их влажность соР1 после образования по зависимостям.

Таким образом, .Интенсивность естественной сушки'кусков - мела, осуществляемой в процессе подготовки мелового массива к'выемке (его предварительном, естественном подсушивании с рыхлением или без' нйго) ц выемке механическими рабочими органами,-, прямо пропорциональна, влажности этих кусков непосредственно "перёд.-их образованием и обратно пропорциональна крупности кусков (естественная влажность кусков крупнее 10.:.15 мм. при. ¡¡х Образовании не изменяется). Влажность кусков мела перед их образованием, определяемая с учетом естественной сушки, массива с его-обнаженной поверхности, обратно пропорциональна продолжительности сушки массива (навала), коэффициенту его трещиноватости (или условному коэффициенту трещиноватости) и прлмо пропорциональна максимальной естественной 'влажности'. массива и глубине образования куска в стружке. . '■■.'

При проведении экспериментальных: исследований по изучению естественной сушки разрыхленного мела при его конвейерном транспортировании установлено, что при перемещении на расстояние более 300...1350 м. в течение .200...250 с влажность различных фракций снижается, соответственно: менее 1...3 мм -б 1,3:..2,1 раЭа; 3...10 мм - в 1,2...1,7 раза; 10....50 мм - на 4...10 %; более.50 мм - на 31 .'.4 .% (только с поверхности).

.На практике-обычно эффект естественной сушки при про-изводстце мелойЬ/х. продуктов игнорируется и не используется (за .;.иСключеннем .использования многолетней естественной сушки разрыхленного мела й отвалах). Как правило, определяйся усредненная влажность разрыхленной меловой массы, которая, практически н-с отличается от влажности неразрушенного массива; поскольку в ней преобладают куски мела крупностью более 50... 100 мм (влажность которых при образовании не изменяется). Более мелкие и более сухие куски мела пост>..ают вместе с крупными на Переработку, включающую принудительную сушку горячим воздухом и дробление. Некоторые фракции ку сков малой крупное г,и в этом не нуждаются и могут поступать как сразу же на тонкое измельчение, так и непосредственно потребителю. При, этом возможно сокращение затрат на их

сушку и дробление пропорционально их содержанию в потоке горной массы, поступающему из карьера на переработку.

Таким образом, использование снижения влажности кусков мела, согласно установленным закономерностям, совместно с увеличением содержания кусков крупностью менее 10... 15 мм в горной массе непосредственно в условиях карьера, а не в процессе переработки мелового сырья является перспективным направлением снижения энергоемкости всего мелового производства и повышения эффективности работы технологического оборудования.

Использование естественной сушки, при подготовке массива к выемке, выемки, транспортирования и перегрузки не требует дополнительных энергозатрат.

Использование результатов исследований

Качество мелового сырья характеризуется гранулометрическим составом разрыхлештго мела и влажностью его фракций: щ=Г(Р,, Р2, Р,, Б, II);'с1|=Г(^1, Б*:, 8а3, Бв}); со(=Яш„|, К1р, и,

ь, аК1). ■ .

Технологические процессы формирования качества мелового сырья характеризуются показателями производительности формирования различных фракций разрыхленного мела и энергозатратами (потребляемой мощностью) на их формирование:

ПиН-(щ, V,); N„1»^,' (2„, V,).

' Эти характеристики определяются на основании разработанных расчетных методик, изложенных оыше, для разработки меловых массивов с определенными характеристиками по тре-щинозатости и влажности при определенных режимах работы технологического оборудования.

На основании этих характеристик производится оценка вариантов режимов работы технологического оборудования при осуществлении процессов подготовки мелового массива к выемке, выемки мелов, их транспортирования и перегрузки с точки зрения их роли в формировании качества мелового сырья в карьере. Предпочтительные значения этих характеристик определяют значения режимов работы технологического оборудования, которые их обеспечивают.

Расчет характеристик формирования качества мелового сырья при осуществлении отдельных техноло нческих "роцес-сов подготовки массива к в гмке, вь.^мкн, транспортирования и перегрузки позволяет определить характеристики получаемых

в карьере сортов мелового сырья, суммарные энергозатраты на формирование разрыхленного мела определенного качестве, итоговую производительность по получению определенных сортор мелового сырья. На основании этого определяется энергосбережение при производстве определенного сорта мелового продукта за счет замены или сокращения энергоемких процессов сушки и дробления мелового сырья при переработке на формирование меловой массы аналогичного качества непосредственно в условиях карьера с процессе подготовки массива к выемке, выемки мела, его транспортирования и перегрузки:

кВтч/т - удельные энергоза-

траты на разработку мелоя в карьере соответственно но базовому н новому вариантам; !;вл, ¡¿иы - удельные энергозатраты ив переработку мелового сырья соответственно по базовому н новому вариантам).

результаты исследований предназначены для использования: при проектировании технологических параметров разрабатываемых забоев и конструировании рабочего оборудования; при проектировании параметров транспортирования и перегрузки разрыхленного мела и конструировании технологического оборудования; при разработке технологических карт режимов работп эксплуатируемого оборудования.

Сравнительная оценка вариантов производства сыромоло-того мела производительностью 300 м^ч по двум технологиям: базорой (включает выемку одноковшовыми экскаваторами, транспортирование ленточными конвейерами с принудительной механической очисткой ленты от налипшего мела, сушку мелового сырья п барабанных сушилках, дробление) н повой (аключает предварительное рыхление массива с использованием снижения влажности мела в массиве при его зачистке, выемке, транспортировании разрыхленного мела с отделением кондиционных фракций, дробление кусков крупностью выше сортовой) показала снижение удельных энергозатрат при использовании формирования качества мелового сырья в карьере па 12...13 кВтч/т.

3 Л 1С ЛЮЧЕ Н И Е

В диссертации разработаны новые технологические решения, обеспечивающие энергосбережение мелового производства за счет сокращения энергозатрат на переработку мелового сырья в результате повышения его качества путем формирования в карьере при добыче в разрыхленной меловой массе фракций с кондиционными характеристиками.

Разработан комплекс методик для определения технологических параметров добычных работ ii оборудования при осуществлении технологических процессов подготовки массива к выемке, выемки и перемещения меловой горной массы, осиован-иый'на вскрытии закономерностей формирования фракций разрыхленного мела и их выделения нз потока горной массы, вне-дрешк которого вносит значительный вклад в ускорение науч-по-техиического прогресса.

1. Комплекс методик для определения технологйческих параметров добычных работ и оборудования по энергосберегающему производству высококачественных меловых продуктов включает: .

- методику определения параметров разработки забоя, обеспечивающих формирование кондиционных фракций в составе разрыхленного мела, основанную на построении контуров разрушения меловой стружки режущим элементом с выделением зон формирования различных фракций в сколе и прогнозировании их влажности с учетом продолжительности обнажения забоя;

- методику определения параметров транспортирования и перегрузки разрыхленного мела ленточными конвейерами, обеспечивающих отделение кондиционных фракций нз потока горной массы, основанную на построении контуров потока горной массы на лепте с выделением зол накопления различных фракций й снижения их влажности при перемещении.

' 2.'При определении параметров разрабатываемого забоя, • блоков, слоен и стружек механическими рабочими органами необходимо учитывать зоны формирования гу-ков мела различной крупности: зона 1 - мелких кусков в области контакта породы с ргжущим элементом (крупность кусков сравнима с размерами зерен, слагающих масснп); зона 2 - средних кусков и середине стружки над зоной' 1 (крупность ь"скоп превышает размеры кусков из зоны ! в 8...25 раз): зона 3 - крупных кусков

у поверхности стружки над зоной 2 (крупноегь кусков превышает размеры кусков из зоны 2 не менее чем в 10...15 раз).

Контуры разрушения стружки мела (контуры скола в стружке) характеризуются в соответствии с выявленной зональностью скола параметрами высот зон (высоты зон 2 и 3 раины) и углов их бокового развала и опережающего скола, которые функционально определяются характеристиками массива (коэффициентом трещиноватостп, влажностью, конфигурацией поверхности) п параметрами режима работы оборудования (шириной режущего элемента, толщиной стружки, углами резания и захвата, скоростью резания).

3. Показатели гранулометрического состава мелового сырья, формируемого в карьере в процессе подготовки массива к выемке и выемки путем механического разрушения меловых стружек режущими элементами, необходимо определять с выделением трех фракции кусков мела, образующихся в соответствии с зональностью скола меловой стружки: фракция 1 (образуется в зоне 1); фракция 2 (образуется в зоне 2); фракция 3 (образуется в зоне 3).

Содержание фракций 1, 2, 3 в меловой горной массе определяется со отношением площади соответствующей зоны а поперечном сечении меловой стружки к площади со поперечного сечения (содержание фракции 1 изменяется л диапазоне 10...70 фракции 2 - 12...25 %, фракции 3 - Л 5...96%).

Крупность кусков мела фракции 1, 2, 3 прямо пропорциональна величинам соответственно: максимального »абарита'ядра уплотнения (крупность кускоа из фракции 1 достигает 2...3 мм); длины границы между зонами 2 н 3 в поперечном сечении скола; соотношению габаритных размеров зоны 3 скола (образуется от 1 до 4...5 кусков'за каждый скол).

До 90 % кусков различной крупности имеют закономерные формы (выделено б групп), соотношение габаритных размеров которых подчиняется условию рагшопрочпостн (изменяется в диапазоне ] ...4,5).

•1. Величину усилия, сопротивления меловой стружки разрушению при формировании мелового сырья целесообразно определять действие';.! нормальных сил п сил трепня, проявляющихся на всей поверхности контакта режущего элемента с уплотненной породой (пористость уменьшается от 51 % а массиве до 31 % в ядре уплотнения) и призмой волочения.

Нормальная сила действия породы на участок поверхности релсушего элемента прямо пропорциональна величине уплот-

ненного мела, контактирующего с этим участком (состоит из ядра уплотнения, уплотнения стенок и дна бороэды, выпоров породы из стенок и дна борозды), и обратно пропорциональна коэффициенту трещиноватости массива. Геометрические параметры контуров уплотненной породы определяются параметрами площадки контакта режущего элемента с породой: максимальный габарит ядра уплотнения не превышает 52 % от диаметра окружности, вписанной в площадку; величины уплотнения стенок и дна борозды пропорциональны габариту ядра уплотнения и углам соответственно захвата и резания; длина формирования н высота выпора породы прямо пропорциональны величине уплотнения стенки или дна борозды соответственно.

Размер площадок действия сил трения на поверхности ре-кущего элемента прямо пропорционален величине уплотнения стенки или дна борозды, примыкающих к соответствующей

площсдке.

5. При определении параметров транспортирования и перегрузки разрыхленного мела с обеспечением отделения кондиционных фракций из потока меловой массы необходимо учитывать накопление мелких фракций в поперечном сечении потока горной массы на ленте конвейера в результате вибропоздейст-гая на нее при переходе через роликоопоры.

Толщина зоны накопления мелких кусков но ленте прямо пропорциональна содержанию фракций 1 и 2 в потоке, количеству ролпвоопор и расстоянию между ними, а также величине провисе ленты и обратно пропорциональна ширине ленты, скорости транспортирования и влажности разрыхленного мела.

6. В процессе подготовки массива к выемке путем зачистки (обнажения его поверхности) осуществляется сииженкс влажности мела, достигающее 12...26 величина которой Прямо пропорциональна продолжительности выдерживания массива с момента зачистки его поверхности н коэффициенту трещиноватости массива п обратно пропорциональна максимальной влажности массива перед зачисткой и'расстоянию от обнаженной поверхности массива (максимальная глубина снижения влажности в массиве или навале достигает 360...400 мм).

7. В процессе разработки массива осуществляется снижение влажности кусков меле различной крупности при их формировании в стружке. При этом коэффициент снижения влажности кусков мел« при и» образовании в стру»ке, достшаюший величины 0,58...0,6, прямо пропорционален влажности кусков

перед их образованием и обратно пропорционален крупности куска (естественная влажность кусков крупнее 10... 15 мм при нх образовании не изменяется).

8. В процессе транспортирования разрыхленного мела ленточными конвейерами на расстояние более 300...350 и в течение 200...250 с влажность различных фракций снижается соответственно: .менее 1...3 мм - в 1,3,..2,1 раза; 3...10 мм - в 1,2...1,7 раза; 10...50 им - в 1,04...1,1 раза; более 50 игл - а 1,03..Л,04 раза (только с поверхности).

9. Производительность формирования различных фракций при разрушении меловых стру:хек режущими элементами в процесса подготовки массива х выемхз и выемки, целесообразно определять в соответствии с зональностью скола произведением скорости резания на площадь поперечного сечёнпл соответст-чугощей зоны в контурах разрушения стружки сколом.

Производительность отделения кондиционных фракций разрыхленного мела из потока горной массы при ее транспортировании и перегрузке о ленточного конвейера определяется интенсивностью роета толщины слоя мелких фракций, накапливающихся на ленте конвейера я результата ее впбровоздейст-зия. Эффективность отделения достигает 65...90 /а.

Реализация результатов исследований осуществлена путем их использования при разработке проекта технологии и оборудования для оценки в буровых оквазсипах трещинопптости мелового .массива н моделирования его разработки; технических услоаий добычи крупиокусковогс мела для получения извести и блоков для малоэтпжиогр строительства (на базе Сорокииского месторождения мзла); проекта технологического 'оборудования и решшов работы роторного экскаватора производительностью до 600 мл/ч (на базе Стой.леисхого и Воронежского месторождений),; проекта пасенного фрезерного рыхлителя к одиокозшо-вому экскаватору с вместимостью ковша б м3 п режимов его работы (на базе ШеСекитского месторождения); проекта и модели ¡«Равного фрззарно-роторного рабочего органа длл работы в зимних условиях а в массивах с твердили проплатами и включениями производительностью 10..,25 м3/ч и режимов его работы (по заказу НПМП "ВЕКОС"); проекта установки для отбора фракций разрыхленного мела крупностью менее 3...5 мм при перегрузи? горной массы с ленточного конвейера производительностью по отбору до 100 м3/ч и режимов ее работы (по договору с ТОО "МИР").

Снижение удельных энергозатрат на получение, например сыромолотого мела по технологическим картам работы добычного оборудования, определенным на основании разработанного комплек£а расчетных методик, достигает 40...70%.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

, 1. Сотников Л.Л. Формирование ядра уплотнения при механическом резании полускальных пород. - М.: НПМП "ВЕКОС", 1990.

2. Сотников Л.Л. Область использования и требования, предъявляемые к меловым продуктам;. - М.: НПМП "ВЕКОС", 1991. ' . ,

3. Сотников Л.Л. Технологии мелового производства. -М.: НПМП "ВЕКОС", 1991.

. , 4. Сотников Л.Л., Сотников Л.Я., Сотников Ю.Л., Пивоваров Г.В. Рабочий орган для селективной выемки. Патент Л'а 2019637. Опубл. в БИ 1994, № 17.

5. Сотпиков. Л.Л. Энергоемкость разрушения меловых пород режущими элементами..* М.: Тезисы дркл. научн.-практпч. семинара с международным участием "Проблемы и перспективы развития горной техники". * МГГУ, 1994, с, 52-53.

С. Сотпаков Л,Л. Энергосбережение при получении меловых продуктов в условиях карьера. - М.: Тезисы докл. научи.-практич. семинара с международным участием "Проблемы и перспективы развития горной техники". - МГГУ, 1994, с. 54-55.

7. Сотников Л.Л. Подготовка массива к выемке. Контуры стру^ск при г/ехакическом рикиетт. - М.: "ЙНКУБИС',1995.

Сотников Л.Л. Выемка полускальных пород механическими рабочими органами. Кусковатость разрыхленной горной мзссы. - М.: "ИНКУБИС", 1995.

9. Сотников Л.Л. Сопротивление поре, разрушению при выеукс. - М.: "ИНКУБИС", 1995.

. 10. Сотников Л.Л, Методика прогнозирования влажности разрыхленного мела. - М.: "ИНКУБИС", 1995.

П. Сотников Л.Л. Сортировка разрых-ениого мела при транспортировании в условиях кар: ?ра. - М.: "ИНКУБИС", 1995,