Энергопоглощение активного грохочения связано с преодолением сил инерции покоя и сопротивления перемещению горной массы по грохоту:
Эгр. = + Fгр.l,
где vгр. – скорость перемещения горной массы по грохоту;
Fгр.- сопротивление перемещению горной массы по грохоту;
l – длина грохота.
Энергопоглощение в процессе перемещения между отдельными операциями переработки зависит от сопротивления конвейеров:
Эп = + olф + Н
где v - скорость движения конвейера;
o - основное сопротивление движению;
lф - суммарная длина перемещения конвейерным транспортом, м;
H - суммарная высота подъема полезного ископаемого в процессе перемещения, м.
Если полезное ископаемое при переработке подвергается обогащению, то руда после крупного, среднего и мелкого дробления подвергается измельчению в шаровых мельницах. Это самый энергоемкий процесс потому, что для раскрытия зерен полезного компонента требуется тонкий помол. Энергопоглощение при помоле примерно в 200 раз больше энергопоглощения при подготовке горных пород к выемке.
Эмпирические исследования показывает, что общие энергозатраты при крупном дроблении крепких руд составляет 3-4 кВт-ч/т, для мелкого дробления 5-6 кВт-ч/т, для грубого помола при подготовке горной массы к обогащению 20-30 кВт-ч/т и для тонкого помола 100-1000 кВт-ч/т.
Установленные расчетные зависимости для определения энергопоглощения единицы горной массы являются минимально необходимыми для определенного вида технологического потока и комплекта оборудования. Энергопоглощение горной массой складывается из энергопоглощения в технологических процессах при переводе единицы горной массы определенного качества и свойств из одного состояния в другое согласно технологии производства продукции требуемых кондицией.
Общее выражение энергопоглощения горной массой в технологическом потоке
Общее выражение технологического энергопоглощения в потоке будет представлять сумму энергопоглощений по технологическим процессам: подготовка горных пород к выемке (бурение и взрывание) выемка-погрузка, перемещение и отвалообразование во вскрышном технологическом потоке или переработка в добычном технологическом потоке.
Суммарное по всем процессам технологическое энергопоглощение горной массыв в Дж/кг
Эт = Эб. + Э в.д. + Ээ + Эт.+ Эо. (перераб)
В расчётном виде:
+ oL + H для вскрыши + (f1±i + f1f2)l
для полезного ископаемого + ( + Fгр.l + + olф + Н).
При проектировании или модернизации комплекта оборудования технологического потока в конкретных природных условиях месторождения или отдельной природно-технологической зоны карьера сравнение вариантов механизации горных работ предложенным методом позволяет выбрать вариант с меньшим энергопоглощением, а, следовательно, меньшими затратами.
Например, сравнение по энергопоглощению трёх вариантов механизации технологического потока по добыче апатита и доставки его до бункера обогатительной фабрики:
1 – СБШ-200 + ЭКГ-4,6 + БелАз-540, средний кусок взорванной горной массы в забое dср.=300 мм, энергопоглощение 91121 Дж/кг;
2 - СБШ-200 + ЭКГ-4,6 + мобильная дробилка + конвейер, средний кусок взорванной горной массы в забое dср.=300 мм, после дробилки dср= 200 мм, энергопоглощение 1266 Дж/кг;
- Бурозарядный комбайн + Роторный погрузчик (или ЭКГ-4,6) + конвейер, средний кусок взорванной горной массы в забое dср.= 200 мм, энергопоглощение 1167 Дж/кг показывает наиболее эффективным третий вариант.
Он помимо меньших затрат позволяет использовать в карьере поточность производства и исключить стадию крупного дробления на обогатительной фабрике, что повышает эффективность добычи апатита на карьере и производство апатитового концентрата на обогатительной фабрике.
(Необходимые данные по свойствам горных пород и взрывчатого вещества необходимых для расчётов приведены в приложении)
3. 2 Понятие о физическом энергопоглощении
Поскольку процесс производства на карьере со скальными породами в любом потоке и в любом случае связан с дроблением горной породы или отделением от массива блоков, подъемом на высоту и перемещением на определенное расстояние, на производство этой работы без учёта технологических требований и параметров механизации, которой выполнялся процесс, необходимо затратить энергию. Это будет физическим энергопоглощением (Эф) горной породой в процессе производства на карьере.
Физическое энергопоглощение горной массы в процессе производства работ на карьере связано только с состоянием, местом положения материала до производства работ и местом положения конечного продукта.
На карьере с крепкими породами конечный продукт технологического потока (вскрыша или полезное ископаемое) представляет собой дробленую горную массу до необходимой крупности. Перемещение от места добычи с подъёмом из карьера до места складирования (отвал или бункер готовой продукции), поэтому выражение для определения физического энергопоглощения можно представить как сумму энергопоглощений дробления массива горных пород и перемещения вместе с подъёмом из карьера:
где – предел прочности горной породы, Па;
– модуль упругости, Па;
n – степень дробления;
L – расстояние от пункта добычи до склада по горизонтали , м;
- разность уровней добычи и складирования готового продукта, м.
Отношение физического энергопоглощения к технологическому показывает степень совершенность технологии или комплекта оборудования технологического потока.
4.2 Область применения энергетического метода.
Предложенный метод не претендует на возможность точного определения затрат энергии в процессах горных работ на карьере. Он позволяет производить сравнительный анализ при выборе вида технологического потока и комплекта оборудования для него с учетом основных свойств горных пород, горной массы и конечного продукта в конкретных условиях.
При анализе конкретного комплекта на карьере расчет энергопоглощения производится непосредственно по данным практики. Для проектируемых предприятий расчет производится по данным геологической разведки.
Данный метод позволяет учитывать наиболее полно природные условия месторождения, такие, как климат, топография, обводненность и т.д. Например, низкие температурные условия, заснеженность увеличивает связность взорванной горной массы, а, следовательно, увеличивают сопротивление копанию, уменьшает пропускную способность перегрузочных и аккумулирующих емкостей в транспортных звеньях грузопотоков. В этом случае при производстве выемчно-погрузочных работ и транспорте энергопоглощение увеличивается.
Для уменьшения заснеженности или слеживаемости горной массы из-за ее повышенной влажности на обводненных горизонтах месторождения на практике уменьшают объем взрываемого блока, что увеличивает простои оборудования во время взрывных работ.
При разработке нагорных месторождений обычно рассматриваются варианты гравитационной доставки горной массы по рудоспускам или рудоскатам. При этом всегда возможно использовать попутно естественное дробление руды в гравитационных выработках, эффективность которого в технологических потоках может быть определена предложенным энергетическим методом.
В сложных топографических условиях использование энергетического метода позволяет решать задачи по определению эффективности подземных горных выработок для вскрытия рабочей зоны карьера, особенно для месторождений с суровыми климатическими условиями, где рудная масса при перемещении в открытых горных выработках смерзается, вызывая дополнительные затраты на ее рыхление в процессе перемещения и переработки.