Механическое рыхление в отличие от взрывного вследствие постоянного зазора между зубьями рыхлителя, шага дробления клином или разрушение резцами позволяет получать устойчивый состав горной массы по крупности, а регулирование зазора или шага позволяет менять степень дробления горной массы.
Это преимущество позволяет применять механическое рыхление в поточных комплектах оборудования технологических потоков как при существующем оборудовании, так при создании специального.
При использовании комплекта оборудования технологического потока из существующего оборудования энергопоглощение происходит: при разрушении горных пород рыхлителем (на известняках σ = 480 ∙10 5 Па, Е =1,02 ∙10 10 Па,) Эа = 6,64- 104 Дж/кг; штабелировании разрушенной горной массы бульдозером Эш = 260 Дж/кг; погрузки машиной непрерывного действия Ээ = 6,5 Дж/кг; конвейерного транспорта Эт = 4,45 Дж/кг и переработки Эп = Дж/кг). В целом энергопоглощение при данной технологии составляет: Эо = 10,8×104 Дж/кг
Рассматривая подобные комплекты, необходимо отметить, что даже при одинаковой себестоимости с буровзрывным способом рыхления и колесным транспортом, технологическим потокам с механическим рыхлением и непрерывным транспортом следует отдавать предпочтение вследствие меньшей энергоемкости и трудоемкости производства горных работ.
5.6 Термическое и электротермическое разрушение горных пород
В последнее время практического значения достигли созданные методы и аппаратура для термического, электротермического и термомеханического разрушения горных пород при воздействии с поверхности массива и с заглублением рабочего поля.
Аппараты электротермического разрушения эффективны в поточных комплектах оборудования технологических потоков, однако, производительность пока невелика.
6.6 Резание полускальных пород
Совмещение операций отделения горных пород от массива с погрузкой уменьшает энергопоглощение, поэтому направление на создание роторных и фрезерных машин с повышенными усилиями резания является перспективным. В настоящее время усилие резания роторными экскаваторами составляет kг=14÷16 кг/см, что соответствует разработке пород крепостью f = 1,5. При этом производительность экскаватора достигает 4500 м3/час.
Достигнуто усилие резания 30 кг/см, которое позволяет разрабатывать аргиллиты, алевролиты, слабосцементированные песчаники и крепкие угли, т.е. породы крепостью f =3.
По аналогии с буровыми машинами вращательного бурения со специальными резцами можно высказать предположение, что в настоящее время возможно создание рабочих органов машин и для разработки полускальных пород крепостью до f = 14.
Для этого необходимо обеспечение давления до 2,5 т при скорости резания не более 720 м/час. В этом случае будет удовлетворительная стойкость резцов и твердого сплава. Указанное давление на открытых горных работах создать не трудно,
Учитывая, что отделение от массива резанием совмещается с погрузкой, состав горной массы по крупности будет однороден, горная масса может транспортироваться поточным транспортом и, исключая процесс дробления и измельчения, может быть сразу направлена на помол для обогащения, данный способ разрушения целесообразен для добычи руды (Рис.33)
Рис.33. Технически возможные и целесообразные границы использования способов разрушения массива
Эти границы целесообразны при условии рассмотрения всего комплекта оборудования технологического потока по производству горных работ и переработке полезного ископаемого, но они условны. При рассмотрении конкретных месторождений на основе энергетического метода, включая свойства горных пород, природные условия месторождения, кондиции конечного продукта и технологию самого энергоемкого процесса — переработки, эти границы могут быть передвинуты.
Однако это дает представление о направлении научных исследований и конструировании новых машин, связанных с разрушением массива о целесообразных границах их применения.
Принято, что при взрывной, буровзрывной и буроэлектротермической подготовке пород к выемке разрушение горной породы происходит в большей части от растяжения, в механическом разрушении ударом — в разной степени от сжатия и растяжения, в остальных разрушение принято в результате сжимающих нагрузок.
Учитывая цены на взрывчатое вещество и электроэнергию, даже при низком коэффициенте полезного использования электрической энергии при механическом дроблении (например в щековых дробилках) затраты на дробление почти в два раза ниже, чем при дроблении взрывом.
Это обстоятельство, вместе с преимуществом электроэнергии, в канализации месту потребления, возможности управления и автоматизацией процесса делает перспективными все комплекты оборудования для скальных пород с электротермическими и механическими способами подготовки горных пород к выемке, а для полускальных пород — резанием и механическим рыхлением агрегатами с электроприводом.
7.6 Выемка и погрузка
Выемочно-погрузочная техника на карьерах с полускальными и скальными породами в настоящее время представлена одноковшовыми экскаваторами, отличающимися друг от друга емкостью ковша, а следовательно, габаритами и мощностью. Принцип работы этих машин повторяет землекопа, т.е. повторение операций зачерпывания, подъем ковша, перемещение к транспортному сосуду, разгрузка и возвращение в забой.
Данный принцип целесообразен в случае, если операция перемещения имеет самостоятельное значение, как, например, во вскрышных мехлопатах. Специфика работы погрузочной машины в забое, от которой горная масса перемещается транспортными средствами, заключается в захвате горной массы и погрузке в транспортный сосуд причём эта функция постоянна и однообразна. Принцип работы применяющийся машины, у которой рабочая операция захвата горной массы и разгрузка занимают 33—35%, а остальное время затрачивается на подготовительные и вспомогательные операции, не соответствует специфике работ на карьере.
В расчете существующих карьерных машин мощность источников энергии и конструктивная прочность компоновки агрегатов рассчитываются для условий момента зачерпывания, точнее, внедрения ковша в забой. При этом обычно рассматриваются самые сложные условия сопротивление внедрению при плохо взорванной горной массе. Во время других операций мощность источника энергии и его конкретный вес не принимают участия. Следовательно, принцип работы машины, выполняющей строго определенную однообразную работу, не отвечает принципу рационального использования энергии.
Для разработки плотных и полускальных пород и особенно угля и руды используются комбайны, обеспечивающие по принципу действия одновременную непрерывную выемку и погрузку горной массы. Они эффективно работают в породах с прочностью на одноосное сжатие до 180200 МПа. В этих породах вследствие поточности производства и отсутствия буровзрывной подготовки горной массы затраты на разработку почти в 2 раза ниже. В настоящее время они успешно используются для добычи строительных материалов, угля, фосфоритов, бокситов, гипса.
Современные комбайны различаются принципом действия, конструкцией и расположением рабочего органа.
К первой группе относятся комбайны с рабочим органом в виде цилиндрической фрезы, расположенной в центре в нижней части опорной рамы между передними и задними гусеницами. Фреза представляет собой барабан, оснащенный штыревыми зубками, расположенными по винтовой линии и армированными вставками из твердого сплава. Вращение фрезы может осуществляться как в направлении движения комбайна, так и против (рис.34).
Рис.34 Принцип работы фрезерного комбайна.
Число зубков, их тип, расстояние между ними зависит от физико-механических свойств горных пород, необходимого состава горной массы по крупности и устанавливается применительно к конкретным природным условиям месторождения. Разрушенная горная порода со средним размером куска до 300 мм конвейером загружается в транспортные средствa или в штабель вдоль полосы выемки, из которого горная масса погрузчиком или экскаватором загружается в транспорт.