автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Обеспечение транспортабельности добываемой горной массы в условиях низких температур

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНА ГІРНИЧА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

ГУРIII Юрій Аркадійовнч /

УДК 656.225.079.437.536.4

ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ТРАНСПОРТАБЕЛЬНОСТІ ВИДОБУВНОЇ ГІРНИЧОЇ МАСИ В УМОВАХ НИЗЬКИХ ТЕМПЕРАТУР

Спеціальність:

15.15.11- "Фізичні процеси гірничого виробництва"

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Дніпропетровськ - 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі підземної розробки родовищ корисних копалин Криворізького технічного університету Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри підземної розробки родовищ корисних копалин Криворізького технічного університету Міністерства освіти і науки України Капленко Юрій Петрович

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, старший науковий співробітник, заступник директора Державного науково-дослідного гірничорудного інституту Комітету промислової політики України (м. Кривий Ріг) Корнет Едуард Олександрович

доктор технічних наук, професор кафедри гірничих машин Національної гірничої академії України Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровск) Москальов Олександр Миколайович

Провідна установа - Комплексний науково-дослідний проектно-конструкторський інститут з проблем Центрального району Донбасу (м. Горлівка), лабораторія шахтної теплофізики

Захист відбудеться 9.000 р. о годині на

засіданні спеціалізованої ради Д 08.080.03 при Національній гірничій академії України Міністерства освіти і науки України за адресою: 49027, м. Дніпропетровськ, пр. К. Маркса, 19.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національної гірничої академії України Міністерства освіти і науки України (49027, м. Дніпропетровськ, пр. К. Маркса, 19).

Автореферат розісланий }!>?/"/?#р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 08.080.03,

докт. техн. наук С.Ф. Власов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Інтенсифікація видобутку та високі вимоги до якості рудопідготовки спонукають до пошуку нових підходів у розв'язанні проблеми управління технологічними процесами гірничого виробництва. Одне з найважливіших питань цієї проблеми - забезпечення транспортабельності видобувної гірничої маси в зимовий період. Незважаючи на досить високу середньорічну температуру на території України (+9,0 °С), тривалість холодного періоду перебуває в межах від 70 до 128 діб, причому температура повітря може знижуватися до-20... -5 °С.

У зимовий період збільшується кількість позапланових простоїв технологічних ланок гірничого виробництва через примерзання і змерзання гірничої маси, що досягають 10... 12 % календарного часу. Згідно з існуючим положенням гірничовидобувні підприємства, що взимку відвантажують свою продукцію (залізорудний концентрат, аглоруду та ін.) металургійним заводам, зобов'язані обробляти внутрішню поверхню транспортних машин профілактичними засобами для попередження примерзання вантажу.

Відомі профілактичні засоби з використанням негашеного вапна, водних розчинів солей ИаСІ і СаСЬ та нафтопродуктів у одних випадках недостатньо ефективні, в других економічно не виправдані, а в третіх не задовольняють санітарно-гігієнічним і пожежобезпечним вимогам. Наявні установки для профілактичної обробки гірничої маси та ємностей транспортних машин громіздкі, дорогі й використовуються неефективно. Тому такі актуальні дослідження, орієнтовані на розробку енергозберігаючих, екологічно чистих, ефективних і нетрадиційних способів та засобів боротьби зі змерзанням і примерзанням гірничої маси при її транспортуванні споживачам.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Тема дисертації відповідає пріоритетному напрямку розвитку науки і техніки “Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології” (Постанова Верховної Ради України від 16 жовтня 1992 року № 2705-ХІ).

Ідея роботи полягає в управлінні теплофізичними властивостями та міцністю гірничої маси, обробленої нетрадиційними важко замерзаючими відходами хімічного виробництва і природним бішофітом.

Мета роботи - обгрунтування технологічних параметрів рудопідготовки, що забезпечують транспортабельність видобувної гірничої маси при низьких температурах повітря шляхом її обробки нетрадиційними профілактичними засобами.

Задачі досліджень:

- аналітично обгрунтувати та експериментально дослідити вплив різних чинників на змерзання гірничої маси;

- дослідити ефективність розроблених профілактичних засобів, які призначені для попередження змерзання і примерзання гірничої маси;

- розробити способи та пристрої для приготування і перевезення однорідних профілактичних засобів і обробки ними гірничої маси та ємностей транспортних машин.

Методи досліджень. Для вирішення поставлених задач застосовано комплексний метод досліджень, що включає: аналіз літературних джерел; методи теоретичного узагальнення з використанням теорій теплопровідності та молекулярної фізики; експериментальні дослідження в лабораторних і промислових умовах.

Наукові положення, що виносяться на захист.

1. Глибина промерзання гірничої маси в умовах України не перевшцуе 0,8... 1,0 м при тривалості її знаходження в місткості транспортної машини менше 4-х діб і залежить від теплофізичних властивостей гірничої маси, а також температури та відносної швидкості повітря.

2. Температура змерзання залізорудної сировини, яка становить -1,6... -4,0 °С, буде знижена до -19 ... -20 °С шляхом внесення водного розчину солі MgCl2 у випадку, якщо вологість гірничої маси не перевищує 6,0 % і визначається сумарним вмістом солі М§С12 та природних розчинних солей, що

. містяться у волозі гірничої маси.

3. Попередження примерзання гірничої маси досягається за таких витрат і температур зовнішнього повітря: лужні стоки виробництва капролактаму (ЛСВК) - 0,3 кг/м2 понад -20 °С, пластифікатор форміатно-спиртовий (ПФС) -

0,3 кг/м2 вище за -25 °С і природний бішофіт- 0,2 кг/м2 більше, ніж -35 °С.

Наукова новизна результатів досліджень:

- отримав розвиток метод розрахунку глибини і швидкості промерзання гірничої маси з урахуванням відносної швидкості повітря;

- визначено, що кількість фізично зв'язаної вологи, яка вміщується у гірничій масі, обернено пропорційна третьому ступеню радіуса шматочка гірської породи і прямо пропорційна кубічному кореню молекулярної маси рідини, що покладено в основу розробленої методики розрахунку;

- доведено, що водні розчини солей, які містяться в порах породи у вигляді вільної рідини і в ємності при однаковій концентрації замерзають за близьких температур, що дозволило розробити методику розрахунку температури змерзання руд і порід;

- встановлено закономірності зміни температури змерзання руд різної вологості при обробці природним бішофітом різної концентрації.

Наукове значення роботи зводиться до визначення ефективних способів попередження змерзання і примерзання гірничої маси при транспортуванні,

з

обгрунтуванні доцільності використання відходів хімічного виробництва (ЛСВК, ПФС) та природного бішофіту, визначення раціональних параметрів їхнього використання.

Обгрунтованість та достовірність наукових результатів підтверджуються коректністю поставлених задач, проведенням значних обсягів лабораторних і промислових експериментів, незначною розбіжністю їх результатів з аналітичними дослідженнями (не більше 10... 15 %).

Практичне значення отриманих результатів та реалізація роботи:

- розроблено нові засоби забезпечення транспортабельності гірничої маси в умовах низьких температур;

- обгрунтовано техніко-економічну ефективність та екологічну можливість використання відходів хімічного виробництва (ЛСВК і ПФС), а також природного бішофіту для попередження змерзання і примерзання сипких гірських порід, та визначено їх оптимальні витрати, при яких забезпечується ефективна робота транспортних машин;

- на основі відходів хімічного виробництва розроблений новий засіб для попередження примерзання гірничої маси з кращими експлуатаційними властивостями, ніж лужні стоки виробництва капролактаму;

- розроблений спосіб приготування однорідних рідких сумішей у процесі їх перевезення і обробки гірничої маси, який використано при виготовленні установок типу БЗГ-1 та БЗГ-2, що дають змогу отримувати однорідні розчини для профілактичних засобів;

- розроблено Доповнення № 2 до “Тимчасової інструкції по застосуванню в зимовий період лужних стоків виробництва капролактаму для попередження примерзання залізних і марганцевих руд, їх концентратів та флюсових вапняків гірничовидобувних підприємств України при перевезенні в залізничних вагонах”;

- результати досліджень упроваджені на шахтах КДЗРК, рудниках ім. Кірова і “Суха Балка”, залізорудних комбінатах ІнГЗК, ПівдГЗК та ЦГЗК. Упровадження результатів досліджень дозволяє щорічно економити (залежно від кліматичних умов) від 3000 до 5000 тонн нафтопродуктів. Фактичний економічний ефект від упровадження результатів досліджень за 1997-1999 рр. становив понад 1,76 млн. грн.

Особистий внесок здобувача. Автор самостійно сформулював мету і задачі досліджень, наукові положення і виконав теоретичну частину роботи. Взяв безпосередню участь у здійсненні лабораторних та виробничих досліджень. Зміст дисертації викладений автором особисто. •

Апробація результатів дисертації.

Результати роботи на різних етапах її виконання доповідалися і були позитивно оцінені у науково-навчальному центрі фундаментальних та

прикладних, досліджень у галузі гірництва ІПКОН РАН і МДГУ (м. Москва 2000), на конференції “Географія і екологія Кривбасу” (м. Кривий Ріг, 1999 ) технічних радах КДЗРК та рудоуправління ім. Кірова, щорічних науковш конференціях Криворізького технічного університету (1999,2000 рр.).

Публікації. За темою роботи опубліковано вісім друкованих праць, у томл числі одна стаття в спеціалізованому журналі; чотири статті в науково технічних збірниках; один патент України на винахід; одне авторські свідоцтво СРСР на винахід; одні тези доповіді на конференції.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, п'яті розділів, містить 87 сторінок машинописного тексту, 37 рисунків на 36 сторінках, 24 таблиці на 22 сторінках, список використаної літератури з 6( назв на шести сторінках і дев'ять додатків на 14 сторінках. Загальний обсяі 147 сторінок.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність досліджень, сформульовані мета і завдання досліджень, наведені основні наукові положення та результати, винесені на захист, а також відомості про практичне значення результаті! роботи, їх апробацію і публікацію матеріалів дослідження.

У першому розділі наведені характеристики кліматичних умов перевезення гірських порід та інтенсивність вантажопотоків Кривбасу тг територією України. Аналіз літературних джерел ефективності роботи кар'єрного та залізничного транспорту в зимовий період, засвідчиї неможливість застосування існуючих способів і засобів попередження змерзання руд і порід та їх примерзання до внутрішньої поверхні транспортних машин в умовах Кривбасу через велику вартість (табл. 1), Усередині підприємств і по країні в цілому взимку перевозяться десятки мільйонів тонн вологих гірських порід, для забезпечення сипкості яких щорічно витрачається 30...50 млн. грн.

Головна причина змерзання гірничої маси - її вологість. У роботі показано, що створити безпечну стосовно змерзання вологість видобутої гірничої маси в технологічній ланці гірничих процесів від відбивання руд та порід до доставки їх споживачам дуже важко через складність і економічну недоцільність керування водоприпливами, а також вилучення з гірничої маси дрібних фракцій сі < 10 мм, які утримують у капілярах і на поверхні більшу частину вільно замерзаючої вологи.

Виникла настійна необхідність розробки нових дешевих і ефективних способів та засобів боротьби зі змерзанням й примерзанням гірничої маси як

безпосередньо в транспортних машинах, так і на відкритих складах руд.

У другому розділі висвітлені результати досліджень глибини і швидкості промерзання гірничої маси. Процесам змерзання і примерзання насипних вантажів, питанням тепломасообміну між гірськими породами і повітрям присвячена значна кількість робіт, авторами яких є: Н.М. Беляев, Г.В. Дуганов,

A.B. Іванов, Е.М. Карташов, Е.О. Корнет, С.С. Ковнер, М.І. Лепнєв, С.П. Лейбензон, Б .Я. Лобов, B.C. Лук’янов, О.М. Москальов, Н.І. Никитенко,

B.Г. Перепелиця, В.В. Ржевський, Л.І. Рубінштейн, О.П. Северінова,

О.О. Співаковський, Л.Н. Ширін, О.Г. Шишацький, А.Н. Щербань, В.Н. Яблонськнй та ін. За результатами досліджень цих фахівців, в умовах негативних температур насипні вантажі набувають нових властивостей, які зумовлені тим, що вода в порах перерозподіляється і перетворюється в лід, утворюючи нову структуру.

Таблиця 1

Порівняльна техніко-економічна характеристика способів попередження змерзання та примерзання вантажів

Способи та засоби Мінімальна температура замерзання, °С Середня витрата, кг/т Вартість, грн./т

Механічне подрібнення вантажу Будь-яка - 15,0...20,0

Термічна обробка вантажу - - 7,0...12,0

Зневоднення вантажу негашеним вапном -ЗО 60...65 00 р -е* о

Розмороження вантажу у тепляку Будь-яка - 4,5...9,0

Водний розчин хлористого кальцію -25 10,0... 12,0 10,0...12,0

Суча сіль хлористого кальцію -40 20...25 15,0...20,0

Профілактична обробка транспортних машин: — сирою нафтою -15 0,8...1,0 0,50...0,60

- ніогріном -35 0,5...0,6 0,60...0,80

- северіном -55 0,5...0,6 0,80...1,00

Властивості гірничої маси, що змерзлася, встановлюються переважно фазовим станом порової води або іншої рідини, який залежить від температури, фізико-хімічних властивостей поверхні дисперсних частинок і самої рідини. Теплофізичні властивості дисперсних часток визначають інтенсивність процесу перенесення енергії. Особлива роль належить молекулярній будові рідини, що міститься між частками порід у порах: чим більший розмір молекули рідини, яку в першому наближенні можна вважати сферою малих розмірів, тим меншу кількість пор заповнює дана рідина.

Моделювання процесу тепломасообміну між атмосферним повітрям та насипними породами здійснювали з урахуванням особливостей формування

теплофізичних параметрів повітря. На основі рівняння рівності теплового балансу отримана формула для визначення глибини промерзання гірничої маси:

Д = (1+£У)|------------------------^-Гз--Т--------------------(1)

{Сі(Тп-Г) + 0,01Сф(ЇГо-И'ь)+0,5Смз(Гк-Тз)(

де К - коефіцієнт конвективного теплообміну, с/м;

V — швидкість повітряного потоку з урахуванням швидкості руху транспортної машини, м/с;

X - коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м ■ К);

Г3 - температура замерзання води (рідини) в породі, К;

Гк - температура зовнішнього повітря, К;

т- час перебування гірничої маси на відкритому повітрі, с;

Ст - теплоємність відталої гірничої маси, Дж/(м3 • К);

Т„ - початкова температура гірничої маси, К;

Сф- об'ємна теплоємність фазового переходу води в лід, Дж/м3;

ІУ0- вологість гірничої маси, %;

И'ь- безпечна, відносно змерзання, вологість порід, %;

С об'ємна теплоємність мерзлої гірничої маси, Дж/(м3 К).

На рис.1 наведені графіки залежності глибини промерзання агдоруди вологістю \У0 5 % та залізорудного концентрату вологістю = 12 % при

температурі зовнішнього повітря Тк = -20 °С, які показують, що більш інтенсивне промерзання руд відбувається в перші години після контакту з холодним повітрям.

д,м

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2 0,1

0 10 20 30 40 50 1,ч

Рис. 1. Залежність глибини промерзання Д аглоруди - 5 % (І) та залізорудного концентрату \У„ = 12 % (2) від часу і при 1 = —20 °С

10 20 30 40 50 Т,

Крижана сорочка виконує надалі роль теплоізолятора. Вологіша руда промерзас значно повільніше, що пояснюється великими теплоємностями води і фазового переходу води в лід.

Певну роль у змерзанні руд та порід відіграс безпечна вологість, подана водяною парою, адсорбованою шматками породи. ІДя вода замерзає при температурі понад -50 °С. Найбільшу величину безпечної вологості щодо змерзання мають вугільний концентрат (Wb= 5,3...49,3 %) і глини (№ь= 8,0... 24,0 %). Для Криворізьких руд та порід безпечна вологість не визначена.

Величина безпечної вологи (%)

юо(2)

т , - тй

де тг - маса вологої руди, кг; гщ- маса безпечної вологи, кг,

Зт,тпп

тв =——г- ' (3)

РгГгБт

де рщільність вологої насипної руди, кг/м3; гг - радіус шматочка руди, м; тт - маса молекули руди, кг;

п - кількість шарів молекул води на поверхні шматочка руди,

Я,

4.

де /?к - критичний розмір кристалика льоду, що забезпечує його стійкість, м;

(Іт - діаметр молекули води, м,

П=-Ч (4)

дт - ■ (5)

Р А

де ц - маса кіломоля води, кг/кмоль; р - щільність води, кг/м3;

Ид- число Авогадро.

п 2(УТ3

Я =-----------—, (6)

і(Т3-Т)

де с - поверхнева енергія межі кристалика льод-вода, Дж;

Т - температура системи, за величиною близька до '/’,, К;

g - прихована теплота кристалізації, Дж/(кг • К).

Дослідження показують, що зі збільшенням грудкуватості руд і порід величина безпечної стосовно змерзання вологості зменшується (рис. 2). Для аглоруди з середнім діаметром шматка сіс?=20 мм вона не перевищує ,4 %,

а для залізорудного концентрату при с/ср <2,0 мм І'І'ь = 3,5...4,0 %.

0,002 0,004 0,006 0,008 Гг.м

Рис.2. Залежність безпечної вологості И7ь від радіусу г, грудки руди

Відомо, що наявність солей і лугів у воді змінює температуру замерзання розчинів. Гірські породи переважно містять солі різних металів, залишки вибухових речовин та ін. Вплив солей на змерзання криворізьких руд не вивчений і встановлювався в лабораторних умовах.

Досліджувану аглоруду ретельно промивали дистильованою водою для видалення з неї розчинних речовин і просушували в сушильній камері. Після цього її змішували із заданим розчином хлористого натрію і завантажували в тримірні ємності розміром 50x50x50 мм без верхньої та нижньої площин і вміщували в морозильну камеру, де витримували протягом шести годин при -30 °С. Зміну температури зразка при його таненні вимірювали чутливими термодатчиками.

Встановлено, що розчини солей в рудах і породах можуть значно знизити температуру їх змерзання (рис. 3).

Водні розчини солей, що містяться в порах руди у вигляді вільної рідини і в ємності, при однаковій кількості солсй замерзають за близьких температур. Таким чином, знаючи вміст солей у волозі руд, можна легко встановити орієнтовну температуру змерзання останніх.

Експериментально визначена температура змерзання руд і залізорудних концентратів Криворізьких залізорудних підприємств (табл. 2.).

Рис. 3. Вплив вмісту МаСІ у розчинах на температуру їх змерзання: 1 - водний розчин; 2 - руда вологістю \¥ = 5 %

Таблиця 2

Температура змерзання криворізьких руд та концентратів .

Шахта Вологість руди, % Вміст розчинних солей, N^4 К, мг/л Температура змерзання руд, °С

ім. Леніна 4,5 9117 -1,6

“Гвардійська” 4,8 16683 -3,0

“Ювілейна” 4,8 12180 -2,7

ім. Фрунзе 4,6 3402 -1,8

“Жовтнева” 4,5 13201 -2,6

“Родина” 5,6 32484 -4.8

“Більшовик” 4,6 20154 -4,0

ім. Кірова 4,5 3712 -1,8

ПоГЗК 10...12 10000...20000 -2,2... -2,6

У третьому розділі викладено підсумки досліджень способу попередження змерзання руд при їх зберіганні та перевезенні шляхом обробки водним розчином бішофіту (М^С12 бН20). Серед відомих важкозамерзаючих рідин він найбільш повно відповідає техніко-економічним вимогам виробництва.

Бішофіт - пожежовибухобезпечний, не токсичний, має лікувальні властивості та відносно невисоку вартість і низьку температуру замерзання (-35,5 °С). Родовища цього мінералу є в Полтавській та Чернігівській областях.

При обробці гірничої маси бішофітом з часом утворюється сумарний водний розчин декількох солей: природних і таких, які вводяться для попередження змерзання вантажу. Лабораторні дослідження виявили (рис. 4), що температура змерзання аглоруди, обробленої бішофітом, може бути знижена до -22 °С, а залізорудного концентрату - до -14 °С.

Сфера застосування пропонованого способу визначається природною вологістю руд. Максимальна з точки зору транспортування вологість руд Wn= 12 %. Природна вологість аглоруди - у межах 4,5...5,5 %, а залізорудного

концентрату W0 = 10...11 %. Звідси випливає: обробляти бішофітом доцільно тільки аглоруду та породи вологістю до W0 = 6,0 %.

Економічну доцільність застосування способу обробки аглоруди від змерзання визначали для далеких перевезень за формулою, грн./т,

E=Cr- Csms- CnmsL, (7)

де Ст - вартість розмороження однієї тонни руди в тепляку, грн./т;

С§ - вартість однієї тонни бішофіту, грн./т;

/щ - витрата бішофіту при обробці однієї тонни руди, т;

Сп - вартість перевезення однієї тонни руди, грн./г-км;

L — дальність перевезення руд, км.

1 2 3 4 5 Сг„ %

Рис. 4. Вплив вмісту бішофіту (Сб) на температуру змерзання аглоруди (1) і залізорудного концентрату (2)

Розрахунки за формулою (7) показують, що для найбільш несприятливих умов економічний ефект від впровадження зазначеного способу складає не менш як 0,5 грн./т.

У четвертому розділі йдеться про результати досліджень способів та засобів попередження примерзання руд і порід до поверхні транспортних машин при низьких температурах повітря. Поширені у свій час у гірничовидобувній промисловості України для профілактичної обробки від примерзання гірських порід нафтопродукти (сира нафта, дизельне паливо, северин, універсин тощо) зараз не використовуються через їх дорожнечу, дефіцитність та пожежонсбезпечність. Аналіз існуючих важкозамерзаючих рідин довів, що за цих умов доцільно використовувати водні розчини лужних стоків виробництва капролактаму (ЛСВК), пластифікатора форміатно-спиртового (ПФС) та природного бішофіту.

Водний розчин ЛСВК (СН2)(4С02На) належить до відходів хімічного виробництва, це луг (рН=10...13), який не горить, не вибухає, мас четвертий клас небезпеки. Одна з особливостей ЛСВК - залежність його температури замерзання від вмісту компонентів сухого залишку в розчині. Найнижча температура замерзання -25 °С відповідає вмісту сухого залишку (25...ЗО %). Зниження або підвищення вмісту сухото залишку щодо названої межі викликає підвищення температури замерзання ЛСВК.

Як засвідчили лабораторні та промислові дослідження, при перевезенні гірських порід ЛСВК слід використовувати для обробки внутрішньої поверхні транспортних машин при температурі зовнішнього повітря не нижче -20 °С з оптимальною витратою 0,3 кг/м2.

Водний розчин ПФС (СН2)(5С02Иа) також належить до відходів хімічного виробництва, з четвертим класом небезпеки, пожежовибухо-безпечний і хімічно нейтральний (рН = 6...8). У нього - безліч компонентів, але температура замерзання залежить від вмісту форміату натрію (водний розчин) і пентаеритриту (у вигляді дрібних завислих частинок). Причому ця залежність має екстремальний характер. Лабораторні дослідження примерзання розкривних порід, аглоруди і залізорудного концентрату до стальних поверхонь, оброблених ПФС, виявили, що зусилля відриву досягає мінімальних значень при такому вмісті форміата натрію, %:

- для порід вологістю до 3 % - 19...23;

- для руд вологістю 3,0...4,5 % - 20...23;

- для залізорудних концентратів вологістю 10...11 % - 23...25.

Оптимальний зміст пентаеритриту - 7...8 %. Вигляд порід та їх

грудкуватість мають незначний вплив на примерзання.

Водний розчин ПФС ефективніший, ніж ЛСВК. При однакових витратах він замерзає при температурі -25 °С. У Кривбасі з 1992 по 1999 р. для обробки транспортних машин витрачено понад 9000 т ЛСВК та 8000 т ПФС і зекономлено таку ж кількість нафтопродуктів.

Основний недолік ПФС - наявність значного числа завислих частинок (до 35 %), які осідають на дно, ущільнюються і ускладнюють випуск розчину з ємності. З метою попередження закупорювання трубопроводів і форсунок розроблено новий засіб для запобігання примерзання гірських порід, що включає водний розчин ПФС, відмітний тим, що додатково містить ЛСВК при такому співвідношенні компонентів (мас, %): поліспирти - 4...8, зола - 15...19, форміат натрію - 17...22, сухий залишок - 25...30, ЛСВК - 10... 18, а решта -вода.

Розроблений засіб, захищений патентом України, може використовуватися при температурі зовнішнього повітря вище -25 °С і не призводить до закупорювання трубопроводів.

Лабораторні та промислові випробування водного розчину бішофіту як профілактичного засобу від примерзання гірських порід до поверхні транспортних машин засвідчили, що порівняно з ЛСВК і ПФС він -ефективніший (рис. 5). Оптимальна витрата нерозбавленого водою бішофіту для обробки думпкарів і вагонів в 1,5 разу менша і становить 0,2 кг/м2.

Крім того, з метою зменшення вартості залежно від очікуваних температур повітря бішофіт можна розвести звичайною водою.

-5 -10 -15 -20 -25 -30 і,°С

Рис. 5. Залежність маси примерзлої аглоруди тг від температури зовнішнього повітря І при витратах профілактичних засобів ^ = ОД кг/м2):

1 - ЛСВК; 2 - ПФС; 3 - бішофіт

П'ятий розділ присвячений вдосконаленню наявної та розробці нової технології обробки транспортних машин і сипких гірських порід проти їх змерзання та примерзання.

Зокрема, приділено увагу нафтовальним установкам, які якнайкраще себе зарекомендували при обробці залі значних вагонів і думпкарів сирою нафтою.

Засоби, що пропонуються, добре змішуються з водою, на відміну від нафтопродуктів, що з урахуванням прогнозу погоди дає змогу готувати водні розчини заданої температури замерзання і, таким чином, знижувати витрати на попередження змерзання і примерзання руд та порід. Розроблено дві схеми підготовки таких розчинів: одна - в різних ємностях, друга - у процесі подачі компонентів по трубопроводах.

Нафтовальні установки - це стаціонарні споруди значної вартості, працюють 4-5 місяців на рік. Для обробки вагонів і думпкарів рухомого

складу часто доводиться здійснювати додаткові маневри, щоб доїхати до нафтовальної установки. Невеликі кар'єри таких установок не мають.

Виникла настійна необхідність розробки мобільних установок багатоцільового призначення, за допомогою яких можна було б обробляти внутрішню поверхню транспортних машин від примерзання і змерзання гірничої маси та використовувати протягом усього року, а також застосовувати, наприклад, для підвезення води, обробки доріг при запиленості чи заледенінні.

За участю автора розроблений спосіб приготування однорідних текучих сумішей у процесі їх перевезення та випускання з ємностей, котрий полягає в тому, що перемішування розчину здійснюється за допомогою повітря, яке надходить на дно за рахунок вакууму, що створюється витікаючою рідиною. Спосіб захищений авторським свідоцтвом і реалізований при виготовленні двадцяти установок БЗГ-1, БЗГ-2 на базі вантажних автомобілів або їх причепів на Люберецькому дослідному машинобудівному заводі, які можуть успішно застосовуватися при приготуванні та перевезенні розроблених профілактичних засобів, а також для обробки гірничої маси і транспортних машин при низьких температурах повітря.

ВИСНОВКИ

Дисертація - це закінчена наукова робота, котра має теоретичне узагальнення і нове вирішення науково-технічної задачі з розробки енергозберігаючих та екологічно чистих способів і засобів боротьби зі змерзанням і примерзанням гірничої маси шляхом управління її теплохімічними властивостями і міцністю під час перевезення в транспортних машинах.

Основні наукові та практичні висновки:

1. Встановлені закономірності промерзання сипких гірничих мас, що враховують параметри зовнішнього повітря, вологість, теплопровідність порід, вміст в них розчинних солей, час впливу низьких температур і відносну швидкість повітря.

2. Розроблена методика визначення величини безпечної щодо змерзання вологості гірничої маси.

3. Досліджений характер впливу на температуру замерзання гірської маси водних розчинів солей, що містяться в ній.

4. Експериментально визначена температура замерзання сипких руд та залізорудних концентратів шахт і ГЗКів Кривбасу, залежно від вмісту солей (0...-4,8 °С).

5. Обгрунтована економічна, технологічна та екологічна доцільність застосування відходів хімічного виробництва (ЛСВК, ПФС) і бішофіту для профілактичної обробки руд від їх змерзання і примерзання до внутрішньої поверхні транспортних машин при низьких температурах повітря.

6. Розроблений спосіб попередження змерзання руд, що базується на обробці їх бішофітом. Встановлено, що змерзання руд визначається здебільшого температурою замерзання водних розчинів бішофіту і солей, що містяться в порах руди. Визначена галузь застосування розробленого способу. Економічно і технічно доцільно обробляти бішофітом руди вологістю до 6,0 %.

7. Визначені раціональні витрати та сфера застосування ЛСВК, ПФС і бішофіту при профілактичній обробці внутрішньої поверхні ємностей транспортних машин від примерзання гірничої маси. Питома витрата ЛСВК, ПФС і бішофіту становить 0,2...0,4 кг/м2, що відповідає колишнім витратам нафтопродуктів. Гранична температура, до якої можна застосовувати пропоновані засоби: -20 °С - для ЛСВК, -25 °С - для ПФС, -3 5 °С - для бішофіту.

8. Розроблено новий склад профілактичного засобу для обробки ємностей транспортних машин, що включає відходи хімічного виробництва, і досліджено його фізико-технічні властивості. Температура замерзання цього складу на чотирн-п'ять градусів нижче, ніж ЛСВК, до того ж у нього кращі експлуатаційні характеристики.

9. Розроблені способи і пристрої для приготування однорідних водних розчинів зазначених засобів заданої температури замерзання, які використані при виготовленні пересувних установок БЗГ-1 і БЗГ-2, що дають можливість обробляти транспортні машини та гірничу масу в місцях, не обладнаних стаціонарними пунктами.

10. Застосування у виробничих умовах розроблених способів і засобів попередження змерзання гірничої маси та її примерзання до внутрішньої поверхні транспортних ємностей при низьких температурах повітря дозволяє замінити дефіцитні, пожежонебезпечні та дорогі нафтопродукти на дешеві хімічні відходи виробництва і природний бішофіт і отримати значний економічний ефект, який для гірничовидобувних підприємств Кривбасу складає близько 1,5 млн. грн. на рік. Підтверджений документами економічний ефект за 1997 - 1999 рр. дорівнює 1764336 грн.

Основні положення і результати дисертації опубліковані в роботах: .

1. Гурин Ю.А. Исследование глубины промерзания сыпучих пород разной влажности // Разраб. рудн. месторожд.: Науч.-техн. сб. - Кривой Рог: КТУ. -1998.-Вып. 65.-С. 113-116.

2. Гурин Ю.А. Исследование величины безопасной влажности при смерзаемости сыпучих материалов // Разраб. рудн. месторожд.: Науч.-техн. сб.

- Кривой Рог: КТУ. - 1998. - Вып. 66. - С. 125 - 129.

3. Гурін Ю.А. Склад для попередження примерзання гірських порід при перевезенні їх в думпкарах і залізничних вагонах // Кривий Ріг: АГН -Мінерал. - 1998. - № 1. - С. 21 - 23.

4. Гурин Ю. А. Предупреждение смерзания железных руд // Разраб. рудн. месторожд.: Науч.-техн. сб. - Кривой Рог: КТУ. - 2000. - Вып. 70. - C. 47 -50.

5. Гурин Ю.А. Определение оптимальных параметров щелочных стоков производства капролактама при обработке транспортных машин от примерзания горной массы // Разраб. рудн. месторожд.: Науч.-техн. сб. -Кривой Рог: КТУ. - 2000. - Вып. 71. - С. 46 - 50.

6. Пат. № 26522 А. Україна. Засіб для запобігання змерзанню і примерзанню сипучих матеріалів / A.A. Гурін, С.М. Гоц, М.С. Шевцов, Ю.А. Гурін.

7. A.c. 1545716. Способ приготовления текучих смесей / A.A. Гурин, B.X. Кантор, В.Я. Сандомирский, Ю.А. Гурин и др. - ДСП.

8. Гурин Ю.А. Предупреждение смерзания и примерзания горных пород при транспортировке // Горн, информ.-аналит. бюл. - М.: МГГУ. - 2000. -Вып. 7.-С. 134- 135.

Особистий внесок автора в роботи, виконані у співавторстві:

[6] - розробка принципу подачі повітря у ємність, [7] - визначення оптимального вмісту лужних стоків виробництва капролактама у розробленому складі.

АНОТАЦІЯ

Гурін Ю.А. Забезпечення транспортабельності видобувної гірничої маси в умовах низьких температур. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.11 - “Фізичні процеси гірничого виробництва”.

Національна гірнича академія України, Дніпропетровськ, 2000.

Завдяки аналітичним та експериментальним комплексним дослідженням розроблено та обгрунтовано технологічні параметри рудопідготовки для забезпечення транспортабельності гірничої маси при низьких температурах повітря шляхом її обробки нетрадиційними профілактичними засобами, створеними на основі відходів хімічного виробництва і природного бішофіту. Розроблено мобільні установки для приготування та транспортування

однорідних рідких профілактичних засобів, а також обробки ними гірничої маси, що міститься в ємності транспортної машини або на складі.

Ефективність одержаних результатів — у заміні дорогих пожежо-небезпечних нафтопродуктів на безпечні відходи хімічного виробництва та природний бішофіт.

Ключові слова: гірнича маса, транспортабельність, змерзання,

примерзання, профілактичні засоби, обробка руди, гірничорудні підприємства.

АННОТАЦИЯ

Турин Ю.А. Обеспечение транспортабельности добываемой горной массы в условиях низких температур. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.15.11 - “Физические процессы горного производства”. Национальная горная академия Украины, Днепропетровск, 2000.

На основе аналитических и экспериментальных комплексных исследований разработаны и обоснованы технологические параметры рудоподготовки, обеспечивающие транспортабельность горной массы при низких температурах воздуха путём её обработки нетрадиционными

профилактическими средствами.

Содержание выполненных исследований, основные научные положения и практические результаты работы заключаются в следующем:

- установлены закономерности промерзания горной массы, учитывающие параметры воздуха, физико-технические свойства пород, содержание в них растворённых солей, время воздействия низких температур и скорость ветра;

- разработана методика определения величины безопасной в отношении смерзания влажности горной массы;

- экспериментально определена температура замерзания добытых руд и железорудных концентратов шахт и ГОКов Кривбасса;

- обоснована экономическая, технологическая и экологическая целесообразность применения отходов химического производства (ЩСПК, ПФС) и бишофита для профилактической обработки руд от смерзания и внутренней поверхности транспортных машин от примерзания сыпучих горных пород при низких температурах воздуха;

- разработан способ предупреждения смерзания сыпучих руд, основанный на обработке их бишофитом, который имеет низкую температуру замерзания. Установлено, что смерзаемость руд определяется в основном температурой замерзания водных растворов бишофита и солей, находящихся в

порах руды. Разработана методика определения температуры замерзания водных растворов нескольких солей. Определена область применения разработанного способа. Экономически и технически целесообразно обрабатывать бишофитом руды влажностью до 6,0 %;

- определены оптимальный расход и область применения ЩСПК, ПФС и бишофита при профилактической обработке внутренней поверхности транспортных машин от примерзания сыпучих горных пород. Удельный расход ЩСПК, ПФС и бишофита составляет 0,2...0,4 кг/м2 и соизмерим с расходами применяемых ранее нефтепродуктов. Предельная температура, до которой можно применять предлагаемые средства: -20 °С — для ЩСПК, -25 °С -для ПФС, -35 °С - для бишофита;

- разработан новый состав профилактического средства для обработки

транспортных машин, включающий отходы химического производства, и исследованы его физико-технические свойства. Благодаря этому составу улучшается качество ПФС и понижается температура его замерзания на четыре - пять градусов; •

- разработаны способы и устройства для приготовления однородных водных растворов бишофита с заданной температурой замерзания. Передвижные установки БЗГ-1 и БЗГ-2 позволяют обрабатывать транспортные машины и грузы в местах, не оборудованных стационарными пунктами;

- применение в производственных условиях разработанных способов и средств предупреждения смерзания сыпучих горных пород, а также их примерзания к внутренней поверхности транспортных машин при низких температурах воздуха позволяет заменить дефицитные, пожароопасные и дорогие нефтепродукты на дешевые химические отходы производства и природный бишофит со значительным экономическим эффектом, который для горнодобывающих предприятий Кривбасса составляет около 1,5 млн. грн. в год. Подтвержденный документами экономический эффект за 1997...1999 гг. равен 1764336 грн.

Ключевые слова: горная масса, транспортабельность, смерзание,

примерзание, профилактические средства, обработка руды, горнорудные предприятия.

ANNOTATION

Gurin U.A. Maintenance of transportability of extracted mined rock in conditions of low temperatures. - Manuscript.

The dissertation on reception of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.15.11 - “Physical processes of mining” -National Mine Academy of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2000.

In the dissertation on the basis of analytical and experimental complex researches are developed and the technological parameters of ore dressing are proved which provide transportability of mined rock at low temperatures of air, by processing with its nonconventional preventive means, which are created on the basis of wastes of chemical manufacture and natural bishofit. The mobile installations on preparation and transportation of homogeneous liquid preventive means are developed, and also processing by them of mined rock, that is in capacity of the transport machine or in a warehouse.

The efficiency of the received results consists in replacement of expensive, fire-hazardous petroleum products, which are used, on safe wastes of chemical manufacture and natural bishofit.

Key words: mined rock, transportability, freezing, preventive ways, ore processing, mining enterprises.