Автор работы: Пользователь скрыл имя, 26 Января 2013 в 17:02, лекция
Основной целью открытых горных работ является разработка месторождений полезных ископаемых. Способ разработки месторождений полезных ископаемых с применением открытых горных работ называется открытым способом.
Предохранение пород от промерзания вызвано тем, что при отрицательных температурах их возможно или нерационально разрабатывать без предварительного рыхления. По данным практики, карьерные мехлопаты с ковшом вместимостью 4м могут разрабатывать без предварительного рыхления слой мерзлой породы мощностью 0,5-0,6м. Бульдозерами, скреперами и цепными многоковшовыми экскаваторами в большинстве случаев невозможно или нерационально разрабатывать мерзлые породы без предварительного рыхления. Для предохранения пород от промерзания применяются вспашка, рыхление, боронование и утепление (теплоизоляционными материалами) поверхностного слоя, создается снеговой или искусственный ледовоздушный покров, устраиваются специальные навесы и тепляки. Вспашка, рыхление и боронование значительно уменьшают теплопроводность поверхностного слоя пород благодаря образованию в нем пустот, заполненных воздухом. Вспашка и рыхление производятся специальными плугами и рыхлителями на глубину 40-50 см, а боронование - на глубину до 20 см. Снегозадержание осуществляется путем образования снежных валов или установки снегозадерживающих щитов. В качестве теплоизоляционных материалов для предохранения поверхностного слоя от промерзания используются мох, опилки, минеральная вата. Устройство навесов и тепляков практикуют на карьерах по добыче глин для кирпичных и керамических заводов.
Оттаивание пород осуществляется паром, водой, глубинным или поверхностным электрообогревом, поверхностным пожогом и др. При глубинном электрообогреве электроды размещаются в шпурах, пробуренных на глубину промерзания на расстоянии 0,5-0,7 м друг от друга. Электрическая цепь замыкается по талой породе и ее оттаивание осуществляется снизу вверх.
Гидравлические способы подготовки пород к выемке основаны на свойствах пород пропускать воду и растворы. При этом ослабление прочности пород при просачивании воды проявляется в снижении сил сцепления отдельных частиц и вымывании скрепляющего их цемента. Гидравлическое разупрочнение используется при разработке плотных глин способом гидромеханизации.
Механическое рыхление пород, осуществляется специальными рыхлителями.
Взрывное рыхление - сущность его состоит в отделении пород от массива и дроблении их до заданной крупности. Взрывное рыхление нашло широкое применение при подготовке полускальных пород к выемке. Оно является практически единственным способом при подготовке скальных пород к выемке на карьерах.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ВЗРЫВНОГО РЫХЛЕНИЯ ПОРОД И МЕТОДЫ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ
Взрывные работы производятся в тех случаях, когда непосредственная выемка пород невозможна или затруднена без предварительного их отделения от массива и рыхления. От качества дробления пород в значительной степени зависят производительность погрузочного и транспортного оборудования и затраты на разработку. К взрывным работам на карьерах предъявляются следующие основные требования. Взрывание массива должно обеспечивать требуемую степень дробления.
Максимальный допустимый размер кусков (м) взорванной породы может быть ограничен:
емкостью ковша экскаватора Е
емкостью V транспортного сосуда
меньшим размером Адр приемного отверстия бункера или дробильной установки
шириной Вк ленты конвейера
Куски взорванной породы, не удовлетворяющие приведенным выше ограничениям, называются негабаритными. Число негабаритных кусков горной массы должно быть минимальным, а дробление - равномерным. Развал взорванной массы должен быть кучным, а его размеры и форма должны соответствовать параметрам применяемого погрузочного и транспортного оборудования. Площадки и откосы уступов должны иметь заданные отметки и форму. Объем взорванной горной массы должен быть достаточным для бесперебойной работы погрузочных машин при обеспечении их безопасности и высоких технико-экономических показателей. Выполнение этих требований достигается правильным выбором методов ведения и параметров взрывных работ, а также рациональной их организацией.
Различают следующие методы взрывных работ: метод скважинных зарядов, метод котловых зарядов, метод шпуровых зарядов, метод камерных зарядов, метод накладных зарядов.
Метод скважинных зарядов (рис.2.1) заключается в размещении зарядов взрывчатых веществ (ВВ) в скважинах диаметром 75-400 мм и глубиной 5-30 м (иногда до 50 м). Он в наибольшей степени удовлетворяет требованиям, предъявляемым к взрывным работам на карьерах.
. Метод котловых зарядов (см. рис. 2.1) заключается в размещении сосредоточенных зарядов ВВ массой 400-2000 кг в котлах, образуемых при бурении скважин с помощью специальных буровых расширителей и последовательных взрывов небольших зарядов. Этот метод применяется при невозможности размещения в скважинах заряда ВВ, наличии трудновзрываемых пород (особенно в нижней части уступа), обрушении высоких уступов полускальных пород и при проведении полутраншей на косогоре.
Рис. 2.1. Типы зарядов, применяемых при ведении взрывных работ на карьерах:
а - скважинный заряд; б - котловой заряд; в - шпуровые заряды; г,д - камерный заряд соответственно в шурфе и штольне; е - накладной заряд; 1 - заряд ВВ; 2 - забойка; hy -
высота уступа; W - линия сопротивления на подошве
Метод шпуровых зарядов (см. рис. 2.1) заключается в размещении зарядов ВВ в шпурах (шпуры - цилиндрические полости диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м). Он применяется при малом объеме взрывных работ, раздельной выемке руд различного качества, добыче особо ценных полезных ископаемых (с целью сохранения их структуры и исключения переизмельчения), дроблении негабарита, ликвидации порогов на подошве уступов, заоткоске уступов и др.
Метод камерных зарядов (см. рис.2.1) предусматривает размещение сосредоточенных зарядов ВВ массой от нескольких до сотен тонн в специальных камерах. Его применяют при массовых взрывах на выброс и сброс (в гористых условиях), при создании траншей, котлованов, плотин, насыпей.
Метод накладных зарядов (см. рис. 2.1) заключается в размещении зарядов ВВ на поверхности разрушаемых объектов. Он применяется при дроблении негабаритных кусков и на вспомогательных работах в труднодоступных условиях.
Бурение взрывных скважин заключается в разрушении пород буровым инструментом и удалении образовавшегося бурового шлама на поверхность. Эффективность бурения скважин зависит от многих факторов, основным из которых является буримость горных пород - способность пород разрушаться под действием бурового инструмента. В соответствии с буримостью горных пород выбираются технологические параметры буровых станков. Буримость пород существенно зависит от способа бурения, конструкции бурового инструмента и других факторов, которые влияют на характер разрушения пород, т.е. на форму и размеры отделяемых частиц породы. Акад. В.В. Ржевский рекомендует сопоставлять породы по буримости (зависящей только от свойств пород) при механическом бурении по относительному показателю Пб трудности
бурения породы.
По показателю буримости горные породы разделяются на пять классов. Каждый класс включает пять категорий.
I класс - легкобуримые породы с-1-й по 5-ю категорию (Пб.-1-5).
II класс - породы средней трудности бурения с 6-й по 10-ю категорию (Пб = 5,1-10).
III класс - труднобуримые породы с 11-й по 15-ю категорию Пб =10,1-15).
V класс - исключительно труднобуримые породы с 21-й по 25-ю категорию (Пб = 20,1 –25).
Породы с показателем Пб > 25 относятся к внекатегорным.
Для бурения взрывных
скважин используются станки, которые
по характеру воздействия разрушаю
К первой группе относятся буровые станки, обеспечивающие механическое воздействие на забой скважины. Эта группа представлена станками вращательного бурения режущими коронками (станки типа СБР), вращательного бурения шарошечными долотами (станки типа СБШ), ударно-канатного бурения (станки типа СБК), с погружным пневматическим молотком (пневмоударные станки типа СБУ).
Ко второй группе относятся буровые станки, обеспечивающие термическое или гидравлическое, или взрывное воздействие на забой скважины. Из этой группы на карьерах применяются только станки огневого бурения (станки типа СБО). Гидравлическое, взрывное и другие виды бурения находятся в стадии экспериментов.
К третьей группе относятся буровые станки, обеспечивающие комбинированное воздействие на забой скважины (комбинация механиче-i кого и термического воздействия).
На карьерах наибольшее применение получили станки типа СБШ и СБР, которыми выполняются соответственно около 65 и 26% объема буровых работ. В ближайшие годы бурение взрывных скважин с использованием шарошечных станков останется преобладающим.
Техническая скорость бурения скважин - это объем бурения за чистое время бурения. Она зависит от буримости горных пород, конструкции и типа бурового инструмента, режима бурения. Последний характеризует величину развиваемых усилий, частоту ударов, частоту вращения бурового инструмента и эффективность удаления буровой мелочи. Каждый вид бурения характеризуется параметрами режима
бурения.
При бурении скважин буровыми станками типа СБР используются коронки с резцами, армированными твердым сплавом. В плотных пластичных породах с показателем Hg < 4 используются резцы, армированные пластинками твердого сплава с наклонным расположением породо-разрушающих лезвий для лучшего центрирования коронки. В более крепких породах (Пб = 6 используются резцы с прерывистым лезвием в виде впаянных штырей твердого сплава Недостатком таких резцов является однократное их использование. Этого недостатка лишены коронки со сменными резцами из твердого сплава.
Станки СБР 125 и СБР 160 позволяют бурить скважины диаметром 110, 125 и 160, 200 мм соответственно глубиной до 25 м, углом наклона к горизонту 60 – 90о.
На шарошечных станках в качестве породоразрушающего инструмента используются шарошечные долота, армированные твердым сплавом. При вращении долота зубья или штыри скалывают частицы породы, которые выносятся из забоя воздухом или водовоздушной смесью. Шарошечные станки наиболее перспективны для бурения скважин в породах с показателем буримости Пб =6 – 15. сменная производительность шарошечных станков составляет 50 – 60 м при бурении скважин в породах с показателем Пб =12 – 15. При бурении скважин в менее прочных породах сменная производительность станка возрастает до 100 м и более. Станок 2СБШ-200Н предназначен для бурения скважин диаметром 214 мм, глубиной до 24 м и углом наклона 60 – 90о. Станок СБШ-250МН предназначен для бурения скважин диаметром 243 мм, глубиной до 32 м и углом наклона 60 – 90о. Станок СБШ-320 предназначен для бурения скважин диаметром 320 мм, глубиной до 40 м и углом наклона 90о.
Бурение скважин пневмоударными станками основано на разрушении породы посредством погружного пневмоударного механизма, работа которого состоит в следующем. Сжатый воздух, поступающий по буровой штанге, приводит в возвратно-поступательное движение поршень с бойком, который наносит удары по хвостовику буровой коронки. Разрушение породы происходит как в момент удара по хвостовику, так и в интервалах между ударами, в результате скалывания породы лезвиями вращающейся буровой коронки. Число ударов в минуту по хвостовику буровой коронки составляет 1700 – 2500. Буровая мелочь удаляется из скважины сжатым воздухом или водо-воздушной смесью. Станок СБУ- 125 предназначен для бурения скважин диаметром 105-125 мм, глубиной до 22 м и углом наклона 15 – 104о. Станок СБУ-160 предназначен для бурения скважин диаметром 155 мм, глубиной до 36 м и углом наклона 60 – 90о. Станок СБУ-200 предназначен для бурения скважин диаметром 200 мм, глубиной до 34 м и углом наклона 60 -90о.
При бурении скважин станками СБО разрушение породы происходит за счет напряжений, возникающих в горной породе под воздействием высокотемпературной воздушной струи. в качестве разрушающего инструмента служит вращающийся термобур, работа которого состоит в следующем. В камере сгорания огнеструйной горелки смешивается горючее и окислитель и образуется высокотемпературная газовая струя, которая проходя через соловой аппарат приобретает сверхзвуковую скорость. Охлаждение горелки и пылеподавление осуществляются сжатым воздухом. Станок СБ0-2 предназначен для бурения скважин диаметром 180-220 мм и расширения их до 500 мм, при глубине до 20 м и угле наклона 90о. Станок СБО-5 предназначен для бурения скважин диаметром 180-220 мм и расширения их до 400 мм, при глубине до 16 м и угле наклона 90о.
Достоинством термического бурения является возможность создания котловых полостей, обеспечивающих большой выход горной с 1 м скважины в трудновзрываемых породах (50-60 м ).
массы
Комбинированное бурение скважин. Различают комбинированное механическое бурение с термомеханическим разрушением. К комбинированному механическому бурению скважин относят ударно-шарошечное и режуще-шарошечное бурение. В ударно-шарошечном буровом инструменте совмещаются два различных породоразрушающих органа, работающих одновременно и независимо друг от друга. Ударные нагрузки создаются пневмоударником и передаются породе через коронку с одним лезвием. Статические нагрузки передаются породе через шарошечное долото. В этом случае используются преимущества каждого вида бурения, и производительность станка увеличивается без дополнительных энергетических затрат. В то же время ударно-шарошечный буровой инструмент получается более сложным. Известные опытные конструкции такого бурового инструмента не позволяют изменять осевое усилие на коронку пневмоударника при изменении свойств пород. Неравномерно изнашиваются ударное и шарошечное долота, возникают значительные вибрации пневмоударника. Все это не позволяет широко применять ударно-шарошечное бурение на карьерах.