SU1680979A1 - Способ безвзрывного разрушени крепких трещиноватых горных пород - Google Patents

Abstract

Изобретение м.б. использовано на очистных и горно-проходческих работах при подземной разработке месторождений трещиноватых руд. Цель изобретени  - сниже- ние энергоемкости, повышение технологичности и производительности разрушени . Разрушаемый участок массива предварительно насыщают водным раствором поверхностно-активного вещества, затем подвергают его вибровоздействию в режиме резонанса. При этом вибровоздействие осуществл ют ударами с одной частотой в двух точках на поверхности пород участка . Регулиру  рассто ние между ударными механизмами (УМ), привод т к одной фазе поперечные волны встречных направлений между этими точками и навод т в этом промежутке квазисто чую вол- ну.Причем частоту ударов УМ первоначально устанавливают равной расчетному значению резонансной циклической частоты структурного элемента со среднестатиче- ской на разрушаемом участке массой. Затем периодически корректируют параметры вибрации изменением частоты ударов с вариацией , равной половине коэффициента вариации масс структурных элементов на разрушаемом участке. По мере разрушени  сло  массива в промежутке между УМ их перемещают по обнаженной поверхности участка, охватыва  всю ее площадь воздействием ударов и квазисто чей волны. По интенсивности потока отбитой горной массы регулируют продолжительность периода изменени  частоты ударов и скорость перемещени  УМ. Ё О 00 о О VI чэ

Description

Изобретение относитс  к горному делу и может быть использовано при подземной разработке крепких трещиноватых руд.

Целью изобретени   вл етс  снижение энергоемкости, повышение технологичности и производительности разрушени .

Способ осуществл ют следующим образом .

Предварительно насыщают трещиноватую горную породу разрушаемого участка

раствором поверхностно-активного вещества , что снижает ее прочность и ослабл ет сцепление по трещинам, снижает затухание колебаний за счет заполнени  трещин жидкостью и усиливает про вление и устойчивость резонанса в трещиноватом массиве. Экспериментальными исследовани ми установлено , что прочность на сжатие и раст жение образцов осадочных (известн к) и эффузивных (порфирит) горных пород после

выдержки их в течение нескольких суток в 1-2%-ном водном растворе катионактивно- го вещества снижаетс  на 30-50%, а сцепление по трещинам практически исчезает. Из теории малых механических колебаний известно, что чем больше коэффициент затухани , тем слабее про вл етс  эффект резонанса и, наоборот, при значени х коэффициента затухани , приближающихс  к нулю, амплитуда вынужденных колебаний в режиме резонанса резко возрастает. Ударами с одинаковой частотой в двух точках по обнаженной поверхности участка производ т вибровоздействие на горную породу участка, что позвол ет возбуждать в разрушаемом массиве вибрацию с более высокой , чем в прототипе, энергией единичного колебэни .Так, например, некоторые типы серийных отечественных и зарубежных гидроударных механизмов, предназначенных дл  ударного разрушени  крупногабаритных кусков горных пород, обладают энергией одного удара до 8-10 тыс.Дж при частоте 10-25 Гц. Дл  размещени  ударных механизмов на обнаженной поверхности разрушаемого участка и их работы не требуетс  бурени  скважин, При этом обеспечиваетс  возможность регулировки рассто ни  между ударными механизмами во врем  их работы, а следовательно, и приведени  к одной фазе (синхронизации) поперечных колебаний встречных направлений, возникающих при ударах в слое массива, прилегающем к обнаженной поверхности в промежутке между ударными механизмами.

Количество источников вибрации (ударных механизмов) прин то равным двум, потому что квазисто ча  волна может образоватьс  только при наложении двух противоположно направленных когерентных волн, а процесс наведени  и удержани  резонанса наиболее технически прост и надежен также при работе двух источников вибрации. Использу  особенность сто чей волны (отсутствие переноса в ней энергии) и варьиру  временем воздействи  ее на разрушаемый участок массива, добиваютс  разрушени  пород различной прочности.

В св зи с тем, что резонансна  циклическа  частрта вынужденных колебаний каждого структурного элемента зависит от его массы, измен ющейс  в трещиноватых горных породах обычно по нормальному закону распределени , первоначально ударным механизмам задают частоту ударов, равную расчетной (по теории малых механических колебаний) резонансной циклической частоте колебаний структурного элемента со среднестатистической на разрушаемом участке массой. Дл  того чтобы охватить резонансом структурные элементы с массой, отличающейс  от среднестатистической ее величины, частоту ударов периодически (например , по гармоническому закону) и синхронно дл  обоих ударных механизмов измен ют. Поскольку масса структурного элемента и его циклическа  частота собственных колебаний св заны между собой

0 функциональной зависимостью (по теории малых механических колебаний), частотой ударов варьируют в соответствии с вариацией массы структурных элементов на разрушаемом участке.В процессе отбойки

5 горной породы часть общего числа структурных элементов отбиваетс  непосредственно под действием ударов, друга  их часть с массой, близкой к среднестатистической величине , отдел етс  от массива при первона0 чальной (расчетной) частоте ударов от воздействи  квазисто чей волны в режиме резонанса и треть  часть структурных элементов , потер в св зь с другими структурными элементами с боковых сторон,

5 осыпаетс  от вибрации любой частоты. Поэтому коррекци  частоты ударов будет достаточной в пределах половины коэффициента вариации масс структурных элементов, что обеспечит отбойку сло  тол0 щиной, близкой к среднему диаметру структурного элемента. Дл  того чтобы охватить всю площадь обнаженной поверхности разрушаемого участка воздействием ударов и вибрацией в

5 режиме резонанса, ударные механизмы постепенно перемещают по обнаженной поверхности , выбира  скорость перемещени , соответствующую наиболее интенсивному потоку отбитой горной массы.

0 Пример осуществлени  способа.

Способ разрушени  крепких трещиноватых горных пород показан на примере отбойки руды в очистном забое при разработке рудной залежи забоем-лавой.

5 После формировани  забо -лавы провод т обследование обнаженной поверхности очистного забо -лавы по всей его длине, затем определ ют интенсивность трещино- ватости, среднестатистическую массу

0 структурного элемента массива (отдельности массива, ограниченной со всех сторон поверхност ми естественных трещин) и коэффициент вариации масс структурных элементов . Одновременно с формированием

5 забо -лавы из нарезных выработок (например , транспортной и вентил ционной) рудный массив впереди забо -лавы обуривают параллельными ему скважинами диаметром 80-100 мм по сетке, измен емой в зависимости от интенсивности трещиноватости от

2x2 м до 3x3 м (больший размер сетки при более интенсивной трещиноватости).Через скважины насыщают рудный массив раствором поверхностно-активного вещества (например , 1-2%-ным водным раствором додецилсульфоната или алкилсульфоната натри ) под давлением 2-5 МПа. Работы по насыщению массива раствором ведут с опережением работ по отбойке руды в несколько суток. В течение этого времени раствор, проника  во все трещины и поры массива, снижает его прочностные характеристики, а адсорбци  ионов поверхностно-активного вещества на поверхност х трещин способствует дополнительному снижению этих ха- рактеристик, а также ослаблению сцеплени  по трещинам. Кроме того, заполн   все трещины раствором, превращают трещиноватый массив в сплошную дл  прохождени  колебаний среду, снижают затухание колебаний и усиливают про вление резонанса.

Отбойку руды в лаве производ т с помощью отбойно-погрузочного агрегата, изготовленного , например, на базе известного проходческого комбайна типа 4ПП-2 со стреловым рабочим органом и погрузчиком с нагребающими лапами, На стреле комбайна вместо режущей головки устанавливают два одинаковых гидроударных механизма (например, гидроударники финской фирмы Раммер облегченной или среднет желой конструкции) с приспособлением дл  регулировки рассто ни  между ними, работающими, например, по принципу винтового автоподатчика. На комбайне помимо гидросистемы дл  управлени  стрелой и хвостовой частью конвейера устанавливают гидросистему с маслостанцией, обеспечивающую работу ударных механизмов в синхронном режиме. Частотой ударов ударных механизмов управл ют путем изменени  в заданном режиме давлени  масла в гидросистеме ударных механизмов с помощью, например, известных регул торов золотникового типа с автономным приводом .

Рассто ние между ударными механизмами первоначально устанавливают равным его расчетному значению, которое определ ют (по теории малых механических колебаний) в зависимости от размеров и массы среднестатистического структурного элемента массива, подсчитанных по результатам обследовани  обнаженной поверхности забо -лавы, энергетических и частотных параметров ударных механизмов и деформационных свойств массива. Так, например , при отбойке хромитовой руды плотностью в массиве 3,5-4,0 т/м при интенсивности ее трещиноватости 10-15 трещин нз 1 м, энергии удара 1300-1600 Дж с частотой 600-1000 ударов в 1 мин и относительной деформации руды в стадии разру- 5 шени  при раст жении около (0,8-1,0) - это рассто ние составит 0,7-0,8 м.

Дл  ведени  очистной выемки отбойно- погрузочный агрегат устанавливают в нишу, специально пройденную а начале забо -ла0 вы у сопр жени  с транспортной выработкой и ведут отбойку руды уступом в направлении вдоль лавы. Руду в уступе отбивают в направлении от почвы забо  к кровле, так как в этом случае облегчаетс 

5 проработка почвы, а собственный вес структурных элементов способствует осыпанию их из обнаженной поверхности уступа от вибрации.

Приступа  к отбойке руды, обоим удар0 ным механизмам задают частоту ударов, равную расчетному значению резонансной циклической частоты колебаний структурного элемента со среднестатистической массой . При нанесении ударов по уступу в

5 прилегающем к его обнаженной поверхности слое толщиной, близкой к среднему раз- меру структурного элемента, кроме продольных волн сжати  проход т поперечные волны, создающие в нем раст гиваю0 щие нагрузки. В промежутке этого сло  между точками приложени  ударных нагрузок поперечные волны имеют два встречных направлени , и име  одинаковые частоты и приблизительное совпадение фаз, суммиру5 ютс  в квазисто чую волну (аналог сто чей волны в акустике), амплитуда которой складываетс  из двух амплитуд волн встречных направлений и дополнительно усиливаетс  про влением эффекта резонанса, так как

0 при этом частота волн соответствует резонансной циклической частоте структурных элементов. Наличие в трещинах массива раствора поверхностно-активного вещества снижает затухание волн и повышает про5  вление эффекта резонанса.Дл  более точного совмещени  фаз поперечных волн рассто ние между ударными механизмами измен ют с помощью винтового автоподатчика . контролиру  эту операцию при помо0 щи датчиков (например, известных сейсмоприемников) и измерителей частоты колебаний.

Под действием квазисто чей волны в прилегающем к обнаженной поверхности

5 слое структурные элементы с массой, близкой к среднестатистической величине, при ослабленном за счет предварительного насыщени  массива раствором поверхностно- активного вещества сцеплении по трещинам, отдел ютс  от массива и падают

на переднюю часть погрузчика, откуда их с помощью нагребающих лап и конвейера погрузчика груз т в бункер транспортной машины или на конвейер, установленный вдоль лавы. Дл  того чтобы вызвать резонансные колебани  структурных элементов с массой, отличающейс  от среднестатистической величины, и тем самым отделить их от массива, с помощью регул тора давлени  масла периодически (например, по гармоническому закону) и синхронно измен ют частоту ударов обоих ударных механизмов. При этом- режим работы регул тора давлени  задают такой, чтобы вариаци  изменени  частоты ударов ударных механизмов составл ла приблизительно половину коэффициентов вариации масс структурных элементов . По интенсивности отделени  структурных элементов от массива регулируют продолжительность периода изменени  частоты ударов ударных механизмов (например, изменением числа оборотов привода регул тора давлени  золотникового типа).

По мере отделени  струк гурных элементов от массива постепенным подъемом стрелы отбойно-погрузочного агрегата перемещают ударные механизмы вверх от почвы к кровле уступа, охватыва  всю площадь его обнаженной поверхности воздействием ударов и квазисто чей волны в режиме резонанса . При этом часть структурных элементов отдел етс  от массива в результате непосредственного воздействи  ударов ударных механизмов, друга  их часть - от воздействи  квазисто чей волны в режиме резонанса, а последн   часть структурных элементов, потер вших св зь с массивом с боковых сторон, осыпаетс  от воздействи  любых колебаний. Скорость подъема стрелы и продолжительность периода изменени  частоты ударов ударных механизмов регулируют по интенсивности потока отбитой руды, добива сь наибольшей производительности отбойки.

После того, как процесс отбойки достиг- нет кровли уступа, холостым ходом стрелы отбойно-погрузочного агрегата возвращают ударные механизмы к почве уступа, подают агрегат вперед до упора передней части погрузчика в уступ и повтор ют весь цикл операций по отбойке руды. При небольшой изменчивости прочностных характеристик

руды и величине коэффициента вариации масс структурных элементов рудного массива в пределах 10-15% отбойку руды осуществл ют в автоматическом режиме.

Применение данного- способа безвзрывного разрушени  крепких трещиноватых руд создает возможность дл  напрерывного осуществлени  основных технологических процессов: отбойки, погрузки и транспортировки руды в очистных забо х, которые могут выполн тьс  с помощью очистных комплексов с высокими показател ми производительности и уровн  механизации и автоматизации очистных работ .

Применение технологии с непрерывной добычей руды позволит повысить в 1,5-2 раза производительность труда в очистном забое и на 30-50% снизить себестоимость

добычи руды.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ безвзрывного разрушени  крепких трещиноватых горных пород, включающий резонансное вибровоздействие на

   массив горных пород, синхронизацию и корректировку амплитудно-частотных параметров вибрации в зависимости от энергоемкости разрушени  горных пород , отличающийс  тем, что, с

   целью снижени  энергоемкости, повышени  технологичности и производительности безвзрывного разрушени , предварительно разрушаемый участок горных пород насыщают раствором поверхностно-активных веществ, вибровоздействие осуществл ют ударами с одинаковой частотой в двух точках по обнаженной поверхности участка, синхронизацию параметров вибрациипроизвод т

   регулированием рассто ни  между точками нанесени  ударов до приведени  к одной фазе поперечных волн встречного направлени  в промежутке между этими точками, при этом частоту ударов принимают равной

   значению резонансной циклической частоты структурного элемента массива со сред- нестатической на разрушаемом участке массой, а корректировку параметров вибрации производ т периодическим изменени0 ем частоты ударов с вариацией, равной половине коэффициента вариации масс структурных элементов,