Метод определения энергоэффективности технологий и механизации горных работ по добыче полезных ископаемых открытым способом

В настоящее время во многих областях стремятся сравнивать результаты деятельности по энергетическим затратам, позволяющим наиболее объективно оценивать процесс производства.

В России, вследствие её климатических особенностей, для производства валового продукта требуется больше энергии, чем в Европе и США. Следовательно, учёт показателя энергозатрат на самое энергоёмкое производство – горное исключительно актуально для России.

Критериям анализа комплектов оборудования для различных целей в настоящее время служат себестоимость производства, металлоемкость, установленная мощность, трудоемкость, приведенные затраты.

Вместе с этим для установления внутренней взаимосвязи машин в производственных процессах технологического потока со свойствами разрабатываемого скального массива и горной массы, а также для оценки комплектов перспективной техники и для определения эффективности новой технологии предлагается использовать принципиальную сторону энергетического метода исследования. В основе его лежит закон сохранения энергии, открытый М.В. Ломоносовым.

Применительно к методу исследования производственных процессов в горном деле этот закон можно выразить следующим образом: энергия, используемая в процессе горного производства, равна работе преодоления сопротивления материалов требуемому качественному изменению и перемещения их в пространстве.

Для открытых горных работ сущность этого метода заключается в том, что для производства горных работ на карьере при определенной технике и технологии необходимо затратить энергию на дробление массива для получения требуемого состава горной массы по крупности и степени разрыхления, выемку и погрузку породы, перемещение и укладку ее в отвал для вскрыши или переработку для полезного ископаемого.

При этом энергия расходуется на преодоление сопротивления рабочих органов самих машин в технологических процессах и для совершения полезной работы по переводу объекта приложения энергии (горной породы) из одного состояния в другое.

Расход первой части энергии учитывается коэффициентом полезного действия передачи энергии от источника к рабочим органам и коэффициентом полезного действия самих рабочих органов.

Расход второй части энергии зависит от технологии процесса и определяется свойствами горной породы, степенью изменения качества и состояния в процессе воздействия на неё.

Изменение качества, обусловленное технологией и на карьерах породами, представляет собой разрушение массива и создание разрыхления горной массы, подъем для погрузки, перемещение и т.п.

Вторая часть энергии, которая как бы “поглощается” горной породой в процессе производства, называется технологическим энергопоглощением. Оно измеряется в джоулях (Ет =F x L - сила на путь). Сила (F) измеряется в ньютонах, путь (L) - в метрах.

Применительно к горному производству под энергопоглощением горной породой понимается расход полезной энергии для превращения массива в горную массу требуемого состава по крупности, подъёме её на высоту, перемещение и укладку в отвал для пустых пород и переработку для полезного ископаемого. При этом во время дробления массива энергия расходуется на преодоление природных сил сопротивления разрушению, при подъёме – преодоление сил гравитации, при перемещении – преодоление сопротивления движению.

Использование понятия «поглощение энергии» вместо «расход энергии» позволяет конкретизировать то обстоятельство, что расходуется полезная, а не фактически затрачиваемая энергия, выражая собой закон перехода количества энергии в качество горной массы и её перемещение.

Величина энергопоглощения зависит от свойств горных пород и от технологических параметров производственного процесса.

В расчетной зависимости энергопоглощения в общем виде свойства горных пород выражаются через сопротивление, оказываемое рабочему органу машины, а технологические параметры через путь, который рабочий орган преодолевает, это сопротивление и производит определенное количество продукции, заданного технологией качества

,

где Эт - удельное технологическое энергопоглощение Дж/кг;

F- сопротивление, оказываемой горной породой, Н;

L - величина пути, на котором преодолевается сопротивление горной породы, м;

Р - количество продукции, произведенный в рабочий цикл, кг

Основное сопротивление горной породы оказывают: в процессе подготовки горных пород к выемке - молекулярные связи, плотность горных пород и физическое состояние массива. В процессе выемки и погрузки - связанность, объемный вес, зацепление кусков горной породы, состав по крупности, трение. В процессе перемещения - объемный вес, связанность горной массы, трение. При отвалообразовании - объемный вес, зацепление, трение. При переработке - молекулярные связи, петрографический состав и плотность.

Некоторые из перечисленных свойств горных пород не являются постоянными, а изменяются под воздействием окружающей среды. Например, связанность горной массы и сопротивление внедрению ковша увеличиваются в результате слеживания горной массы, смерзаемости, заснеженности и т.д.