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

Таким образом, при подготовке взрывного блока энергия расходуется на разрушения массива на блоки и блоков на куски.

- коэффициенты пропорциональности;

- степень трещиноватости взрываемого массива;

L – ширина взрывного блока,

- степень дробления монолитного блока;

do – средний размер отдельности в массиве;

dср - средней размер куска горной массы, подготовленной к экскавации.

Для сравнительных расчетов по выбору оптимальных комплектов оборудования технологических потоков в одинаковых условиях можно условно принять разрушение только монолитов взрывного блока и использовать более простую формулу для расчета затрат энергии на дробление по теории В.Л. Кирпичева, по которой энергия разрушения пропорциональна объёмам или массам разрушаемых тел.

где е – прочностные свойства горных пород, называемые удельной энергией упругой деформации.

V – объём или масса тела.

Это выражение получается в результате анализа диаграммы: напряжение-деформация горной породы.

В этом выражении: - предел прочности среды на разрушение, Па;

Е – модуль упругости, Па.

При условии упругопластической деформации горной породы при её разрушении величина удельной энергии деформации больше в 3 раза.

Учитывая это, расчёт необходимой энергии (Дж) для дробления единицы объёма горных пород (V=1) с конкретными свойствами, которая как бы поглощается породой при дроблении в необходимой степени и может именоваться как удельное энергопоглощение, производиться по формуле:

,

Сопротивление горной породой разрушению при взрывном дроблении массива связано с явлением практически всех деформаций, однако для инженерного расчёта затрат энергии на этот процесс целесообразно использовать простой для измерения показатель предел прочности породы на сжатие.

Из экспериментальных исследований многих авторов известно, что соотношение сил сжатия и растяжения при динамическом нагружении тела составляет

= 0,1сж.д + р.д.

Соотношение между динамическим и статическим напряжением пропорционально коэффициенту динамичности kд = Ед/Ест., где Ед и Ест. модули упругости при динамическом и статическом нагружении.

При статической нагрузке соотношение между пределом прочности на сжатие и растяжение р = 0,1сж., следовательно, сопротивление среды взрывному, разрушению выраженное через предел прочности на сжатие при статическом напряжении по аналогии можно представить как = 0,2сж.kд В этом случае формула расчёта энергопоглощения для дробления горных пород в n-ной степени может быть представлена в следующем виде :

Помимо энергопоглощения на разрушение массива в процессе подготовки крепких горных пород к выемке на карьере взрывным способом необходимо затратить энергию для получения по принятой технологии и технике требуемой степени разрыхления и формирования развала горной массы допустимого по правилам безопасности.

Энергопоглощение горных пород при создании необходимой степени разрыхления и перемещения центра тяжести развала горной массы пропорциональны кинетической энергии движущихся массы с учётом её плотности и массы. В свою очередь кинетическая энергия зависит от начальной скорости движения горной массы vо.

где kp – коэффициент разрыхления:

lц – расстояние от центра тяжести заходки массива до центра тяжести развала горной массы (рис. 5)

dср.- величина среднего куска взорванной горной массы.

Рис.5 Схема к расчёту перемещения центра тяжести развала

Это выражение получено из условия, что центр тяжести заходки

l = 1/2 А, центр тяжести развала lр = 1/2 (А-1/2R).

Тогда lц = lр – lз = 1/4R.

Величина развала

которая получена

Sз = AН = (с + НCtg) H,

Sг.м.= kрАН = kр(c + HCtg)H

Sр = Sг.м. – Ahр = (с + НСtg)(kрH – hр) = 1/2Rhч.

где Н- высота уступа, м;

hр- высота развала, м;

с – расстояние первого ряда скважин от верхней бровки уступа, м;

А – ширина заходки по целику, м;

R – ширина развала, м;

- угол откоса уступа, град.

Общая энергия равна сумме энергии на дробление массива, создание разрыхления и перемещение его центра тяжести

Эд = Эдр. + Эр .

Удельное энергопоглощение единицей объёма взорванной горной массы в развернутом виде

Удельное энергопоглощение единицей массы взорванной горной массы в развернутом виде

Оно представляет собой энергию, которую необходимо затратить при подготовке горной массы требуемой по технологии крупности и параметрам развала с учётом конкретных свойств массива.

В случае подготовки горных пород механическими средствами при безвзрывной технологии необходимая удельная энергия в Дж/кг складывается из разрушения и создания разрыхления:

При взрывной подготовке горных пород в технологическом грузопотоке для размещения взрывчатого вещества в массиве необходимо затратить энергию на бурение скважин.

В этом процессе горная порода будет поглощать энергию при разрушении (измельчении) буровым инструментом в объеме скважины в степени

n’ = dскв./dч

где dскв. - диаметр скважины;

dч - диаметр частиц и продуктов разрушения при бурении.