Машинная добыча природного гипса на карьере

Викладені результати промислових досліджень машинної відбійки гіпса на кар’єрі. Results of the industrial studies of the machine cutting of gypsum on quarry are stated.

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Геотехническая механика
Date:2009
Main Author: Усаченко, Б.М.
Format: Article
Language:Russian
Published: Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2009
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33269
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Машинная добыча природного гипса на карьере / Б.М. Усаченко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 275-287. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859866447972401152
author Усаченко, Б.М.
author_facet Усаченко, Б.М.
citation_txt Машинная добыча природного гипса на карьере / Б.М. Усаченко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 275-287. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Геотехническая механика
description Викладені результати промислових досліджень машинної відбійки гіпса на кар’єрі. Results of the industrial studies of the machine cutting of gypsum on quarry are stated.
first_indexed 2025-12-07T15:48:37Z
format Article
fulltext "Геотехническая механика" 275 УДК 622.363 Б.М. Усаченко, д-р техн. наук, проф. (ИГТМ НАН Украины) МАШИННАЯ ДОБЫЧА ПРИРОДНОГО ГИПСА НА КАРЬЕРЕ Викладені результати промислових досліджень машинної відбійки гіпса на кар’єрі THE MACHINE MINING OF GYPSUM ON QUARRY Results of the industrial studies of the machine cutting of gypsum on quarry are stated. Решение задач, направленных на повышение качества добываемого сырья, рациональное природопользование, улучшение экологической среды, является актуальным при открытой разработке гипсовых месторождений. Так, на гипсо- вых месторождениях, которые представлены сложноструктурными толщами применение традиционной буровзрывной отбойки приводит к снижению каче- ства получаемого сырья. Кроме того, сейсмическое влияние взрыва не позволя- ет отрабатывать участки карьерного поля, расположенные в непосредственной близости от промышленных и гражданских объектов. Все это обусловило необ- ходимость обоснования сейсмобезопасной технологии добычи гипса на место- рождениях, разрабатываемых открытым способом. Отечественный и зарубежный опыт безвзрывной технологии разработки не- рудных строительных материалов позволил определить направление совершен- ствования технологии. В широком диапазоне горно-геологических условий применяется механиче- ское разрушение пород с использованием различных типовых комбайнов. Хо- рошие показатели работы достигнуты на калийных рудах комбайнами ПК-8М. Средняя месячная производительность этих комбайнов, в зависимости от усло- вий, изменяется в пределах 12-20 тыс. тонн, среднегодовая добыча на комбайн составляет 250-300 тыс. тонн. Успешно применяется комбайновая отбойка при добыче гипса. На Артемовской гипсовой шахте по гипсам прочностью, не пре- вышающей 40,0 МПа, сопротивляемостью резанию – 5,0 кН/см, комбайнами «Урал-20КС» достигнута годовая производительность 130 тыс. тонн, комбай- нами ПК-8М – 110 тыс. тонн [1]. Из зарубежной практики интересным представляется использование ком- байнов фирмы «ЮНИМАТИК» (США). При мощности двигателей комбайна 912 кВт производительность по битоминозному углю составила 1911 м3/ч. При этом высота забоя равна 3,1 м, ширина – 3,1 м. Заслуживает внимания опыт применения комбайнов на гусеничном ходу для открытых разработок фирмы «Виртген» (ФРГ), предназначенных для мелко- слоевой выемки. Комбайном модели 2600 SМ в Испании на карьере по добыче известняка средней крепости достигнута производительность 1200-1500 т/смену. При разработке сложноструктурной пачки полезного ископаемого на угольном карьере в Австралии комбайном модели 3000 SМ достигнута произ- водительность 350-400 т/ч по углю и 250-300 м3/ч по породе [2]. Технические характеристики комбайнов фирмы «Виртген» приведенные в табл. 1, показы- 276 Выпуск № 83 вают большие их возможности для добычи нерудных полезных ископаемых, в том числе и природного гипса. Таблица 1 – Техническая характеристика комбайнов фрезерного типа фирмы «Виртген» (ФРГ) Модель ком- байна 1900 VC 1900 SM 2000 VC 2600 VC 3000 SM 3500 SM 4200 C «Vario» 2100 VC 4200 SM - 1600 Тип первич- ного двигате- ля (дизель) В F 10 51 3 34 06 D 1– T A 34 06 D 1– T A 34 12 P C –T A 34 12 P C –T A K T A 38 C –T 20 0 34 12 P C –T A 34 08 D 1– T A T A 85 5– C 40 0 K T A 38 C –1 20 0 Мощность, кВт (л.с.) 250 (340) 298 (405) 298 (405) 559 (761) 559 (761) 895 (1217) 559 (761) 375 895 (1217) + 298 (405) Потребление топлива, л/час 65 57 76,9 152,3 152,3 152,3 98 Электросис- тема, В 24 и 12 24 и 12 24 и 12 24 и 12 24 и 12 24 и 12 24 и 12 24 и 12 24 Топливный бак, л 600 975 1500 1100 1500 1800 1100 1500 1800 Бак гидравли- ческой жид- кости, л 4500 660 450 1000 1000 1200 1000 300 800 Бак с водой, л 1800 2930 3500 3000 3000 7000 1500 + (2×800) 4050 Диаметр ба- рабана с ин- струментом, мм 855 806 855 850 1160 1400 850 1080 2100 Диаметр ба- рабана без инструмента, мм 555 576 555 555 555 710 Количество резцов, шт. (с интервалом, мм) 168 (15) 66 (29) 186 (15) 218 (15) 394 (15) 148 (17,5) Пере- мен- но Ширина бара- бана, мм 1920 480 1930 2100 340 2600 100 3000 3500 2200 (гл.) + 2×1100 2000 4200 Глубина реза, мм 0-150 0-150 0-150 0-400 0-500 0-150 0-250 0-600 "Геотехническая механика" 277 Таблица 1 (продолжение) Модель ком- байна 1900 VC 1900 SM 2000 VC 2600 VC 3000 SM 3500 SM 4200 C «Vario» 2100 VC 4200 SM - 1600 Точность ре- зания, мм ±2 ±10 ±2 ±2 ±10 ±10 ±2 ±2 Наклон бара- бана, град. 5 5 5 5 5 8 5 П р о д .2 0 п о п ер .8 Рабочая ско- рость, м/мин 0-33 0-18 0-40 0-26 0-21 0-26 0-26 0-27 0-27 Скорость транспорти- рования, км/ч 0-7 0-6 0-4,5 0-6 0-3,5 0-4,2 0-6 0-5,5 0-3 Масса, вклю- чая топливо и воду, кг 23400 27400 29400 42000 50000 118800 46000 39250 175000 Габариты, BxHxL, м 2, 5× ,7 8× 12 ,0 5 2, 3 × 2, 95 × 13 ,2 5 2, 5× 2 ,9 6× 14 ,2 3 2, 95 × 3, 15 × 15 ,9 3, 2 × 5, 5× 21 ,2 4, 5× 5 × 25 ,3 2, 75 × 3 ,1 × 17 ,6 2, 5× 2 ,9 × 14 ,5 5, 4 × 5, 3× 29 ,9 Расчетная производи- тельность по антрациту, м 3/ч 170 390 720 1050 1500 Учитывая положительный опыт использования различных типов комбайнов, нами на гипсовом месторождении Сауреши был выполнен комплекс исследо- ваний, позволяющих установить возможность использования механического способа отбойки гипса комбайном «Виртген 2100 VC». В связи с этим опреде- лены показатели прочностных и механических свойств гипса, результаты кото- рых приведены в табл. 2. Данные таблицы показывают, что наиболее прочный гипс 30 пласта, для ко- торого среднее значение предела прочности на одноосное сжатие составляет 31,8 МПа, наименее слабые породы 27 пласта, преимущественно сложенные доломатизированными мергелистыми глинами, предел прочности которых со- ставляет 12,8 МПа. Наибольшие показатели прочности получены при испыта- нии образцов доломитового пропластка, которые составили 160,5-228,3 МПа, при среднем значении 193,0 МПа. Скорость распространения продольной волны в гипсах и вмещающих поро- дах изменяется от 1980 до 4850 м/с. Выполнены определения усилий резания гипса в режиме единичного скола на устройстве, разработанном в СКТБ ИГТМ АН Украины. 278 Выпуск № 83 Таблица 2 – Результаты определения показателей физико-механических свойств гипсоносных пород № пла- ста № об- разца Литологическая разновидность Предел прочно сти на од- ноосное сжатие, σсж, МПа Среднее значение предела прочности на одноос- ное сжатие, σсж ср., МПа Скорость распро- странения продоль ной волны, Vр, м/с Среднее значение скорости распро странения продоль- ной волны, Vр, ср., м/с 23 1 2 3 4 1 2 3 4 Гипс-селенит Доломит 15,0 14,0 15,5 12,4 160,5 228,3 215,8 167,4 14,2 193,0 4050 3574 4340 4000 4050 4850 4640 4852 3991 4598 27 1 2 3 4 Доломитизиро ванная мергели- стая глина 14,1 12,5 13,2 11,4 12,8 2356 2415 2273 1980 2256 30 1 2 3 4 Гипс 31,3 29,1 36,5 30,2 3750 3214 3538 3480 3495 36 1 2 3 4 Гипс 27,9 27,0 26,6 25,7 26,8 4238 4236 4506 3745 4181 Конструктивная особенность данного устройства состоит в том, что усилие резания воспринимается чувствительным элементом (тензодатчик), сигнал ко- торого передается на стрелочный индикатор, либо на двухкоординатный само- пишущий потенциометр, позволяющий записать характеристику усилия реза- ния в координатах Х-перемещение резца, Z – усилие резания. Кинематическая схема устройства построена таким образом, что на чувствительный элемент по- ступает лишь усилие резания, а конструкция привода на сигнал чувствительно- го элемента не влияет. В отличие от известных аналогичных устройств это устройство позволяет исследовать процесс резания, как в лабораторных условиях, так и в натурных непосредственно в забое. С использованием вышеупомянутого устройства в лабораторных условиях были получены характеристики усилий резания гипса. Характерные кривые процесса резания по 23, 30 и 36 пластам представлены соответственно на рис. 1, 2, 3. "Геотехническая механика" 279 Анализ данных графиков показывает, что наиболее вязким является гипс 36 пласта. Усилие резания составило по 36 пласту 4,2 кН/см. Соответственно для 30 и 23 пластов усилие резания составило 3,4 кН/см, 3,1 кН/см. Малая скорость подачи режущего инструмента обуславливает пиковые значения кривых про- цесса резания в режиме статистического нагружения. Сопоставление полученных результатов с аналогичными показателями для тех месторождений, на которых применяется комбайновая отбойка гипса, сви- детельствует о возможности использования механического способа разрушения гипса на исследуемом месторождении. Рис. 1 – Кривая процесса резания гипса 23 пласта. Pz, кН 0 2 4 6 0,2 0,6 1,0 1,4 1,8 2,2 2,6 3,0 S, см 1 3 5 7 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 280 Выпуск № 83 Рис. 2 – Кривая процесса резания гипса 30 пласта Рис. 3 – Кривая процесса резания гипса 36 пласта. 0 1 2 3 S, см 0,2 0,6 1,0 1,4 1,8 2,2 2,6 3,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 Pz, кН 0,2 1,0 1,4 2,6 0,6 1,8 2,2 3,0 3,4 3,8 Pz, кН 0 2 4 6 S, см "Геотехническая механика" 281 Геологическая особенность месторождения, характеризующегося переслаи- ванием тонких пластов гипса и вмещающих пород мощностью 0,1-1,6 м, обу- словила мелкослоевую выемку отработки карьерного поля. Именно в этой свя- зи был опробован комбайн фрезерного типа «Виртген 2100 VC», позволяющий проводить отработку залежи слоями мощностью менее 25 мм. Применение указанного комбайна обусловило комплексную разработку ор- ганизационных и технико-технологических решений по обеспечению машин- ной добычи гипса. Отбойку гипса комбайном проводили на горизонтальных участках протя- женностью до 120 м и шириной до 40 м. Комбайн работал в технологической цепи с автосамосвалами марки КрАЗ, КамАЗ, МАЗ. Результаты комбайновой отбойки приведены в табл. 3. Как показывают приведенные данные, производительность комбайна изменялась от 3,8 т/мин по прочным гипсам 30 пласта до 5,5 т/мин по ослабленным породам 27 пласта. Среднесменная производительность составила соответственно по 30 пласту 750 т, по 27 пласту 900 т. При этом среднее значение коэффициента использования машинного времени составило 0,41 по 30 пласту и 0,34 по 27 пласту. Таблица 3 – Средние значения хронометражных измерений экспериментальной отбойки гипса Затраты времени, мин / % Н у м ер ац и я п л ас та В р ем я о тб о й к и и п о гр у зк и в а в - то са м о св ал г о р н о й м ас сч . с С к о р о ст ь п о д ач и к о м б ай н а, м /м и н П р о и зв о д и те л ь н о ст ь , т /м и н м аш и н н о е в с м ен у , Т М м ан ев р о в ы е о п ер ац и и , Т М .О за м ен а и н ст р у м ен та , Т З к о н ц ев ы е о п ер ац и и , Т К .О у ст р ан ен и е о тк аз о в , Т У п р о ст о и и з- за о тс у тс тв и я тр ан сп о р та П о те р и в р ем ен и п о о р га н и за ц и - о н н ы м п р и ч и н ам К о эф ф и ц и ен и сп о л ьз о в ан и я м а- ш и н н о го в р ем ен и , К 23 173 5,6 4,2 158,8/33 18,9/4 18,2/4 13,9/3 136,9/28 45,9/10 87,4/18 0,33 27 133 6,3 5,5 163,0/34 22,0/5 8,4/2 11,6/2 52,7/11 92,5/19 129,8/27 0,34 30 187 4,0 3,8 197,5/41 17,9/4 – 7,2/2 13,6/3 64,7/13 178,9/37 0,41 36 154 4,8 4,8 196,3/41 19,0/4 – 17,0/4 23,0/5 64,2/13 160,4/33 0,41 Наилучшие результаты отбойки достигнуты при глубине реза 0,18-0,20 м. При глубине реза свыше 0,20 м по прочным гипсам увеличивались динамиче- ские нагрузки на двигатель, уменьшалась производительность. С глубиной реза менее 0,18 м увеличивался пробег комбайна, что на малых площадках приводи- ло к увеличению времени на маневровые операции, снижению машинного вре- мени в смену. Зависимость потерь рабочего времени на маневровые операции от протяженности разрабатываемого участка приведена на рис. 4. 282 Выпуск № 83 Рис. 4 – Зависимость затраченного времени на холостой пробег комбайна (1) и времени на разворот комбайна (2) от протяженности разрабатываемого участка. По результатам хронометражных измерений установлено необходимое ко- личество автосамосвалов марки КрАЗ, КамАЗ в зависимости от разрабатывае- мого пласта и протяженности транспортирования (рис. 5). 1 – зависимость по 27 пласту; 2 – зависимость по 36 пласту; 3 – зависимость по 23 пласту; 4 – зависимость по 30 пласту. Рис. 5 – Зависимость необходимого количества автосамосвалов от протяженности транспортирования. Определения грансостава гипсового щебня позволили установить возмож- ность его использования без предварительного рыхления в технологическом процессе гипсоварочного производства. Характер распределения фракционного состава гипсового щебня представлен на рис.6. 110 90 70 50 30 0 L, м 10 20 30 tм/t3, % 1 2 6 5 4 3 2 1 0 2 4 6 8 10 N L, 1 2 3 4 "Геотехническая механика" 283 1-4 – номера проб Рис. 6 – Распределение гранулометрического состава горной массы, отбитой комбайном «Виртген 2100 VC». Графические данные грансостава гипсового щебня показывают о преимуще- ственном содержании мелкой фракции 0-5 мм. Содержание фракции 0-5 мм в среднем составило 28%. За время испытаний комбайна (четыре месяца) добыто при работе в 1 смену 59225 т. Обобщенные данные о гранулометрическом составе горной массы, приведены в табл.4. Таблица 4 – Гранулометрический состав горной массы добытой комбайном за время его испытания Фракции, мм 0 - 5 5 - 10 10 - 20 20 - 40 40 - 60 60 № п л ас та М ас са п р о се и в ае м о й п р б ы , к г М ас са п р о б ы , к г П р о ц ен тн о е со д ер ж ан и е, % М ас са п р о б ы , к г П р о ц ен тн о е со д ер ж ан и е, % М ас са п р о б ы , к г П р о ц ен тн о е со д ер ж ан и е, % М ас са п р о б ы , к г П р о ц ен тн о е со д ер ж ан и е, % М ас са п р о б ы , к г П р о ц ен тн о е со д ер ж ан и е, % М ас са п р о б ы , к г П р о ц ен тн о е со д ер ж ан и е, % 23 150 28,5 19 15 10 24 16 36 24 24 16 122,5 15 27 150 37,5 25 19,5 13 30 20 36 24 13,5 9 13,5 9 30 150 67,5 45 24 16 30 20 21 14 3 2 4,5 3 36 150 34,5 23 22,5 15 30 20 37,5 25 12 8 13,5 9 60 40 20 10 5 0 10 20 30 40 50 Фракция, мм П р о ц ен тн о е со д ер ж ан и е, % 1 2 3 4 284 Выпуск № 83 При работе комбайна на ширину реза менее 2 м наблюдалось увеличение выхода крупной фракции свыше 60 мм. Установлено, что на фракционный состав не влияет изменение глубины реза в интервале от 0,14 до 0,20 м. Зафиксированы высокие показатели работоспособности породоразрушаю- щего инструмента при отбойке гипса и вмещающих пород. Удельный расход резцов при отбойке гипса в среднем составил 0,0035 шт/т. По вмещающим по- родам средний удельный расход резцов составил 0,0105 шт/т. При оценке работоспособности комбайна установлен расход дизельного то- плива, который составил 56 л/ч. Это ниже технической характеристики расхода топлива, которая составляет: при полной нагрузке двигателя – 98 л/ч, при 2/3 нагрузки – 71 л/ч. В комбайне «Виртген 2100 VC» предусмотрено подавление пыли и охлаждение режущего инструмента орошением. Таким образом, при разработке месторождений гипса с коэффициентом крепости 2 комбайн «Виртген 2100 VC» имеет стабильную среднюю произво- дительность до 1000 т/смену. За счет сокращения потерь рабочего времени и доведения коэффициента машинного времени до 0,6-0,64 производительность комбайна может быть увеличена на 20-30 %. Наиболее благоприятные условия для работы комбайна – это отработка карьерных полей длинными полосами, что снижает затраты времени на маневровые операции и увеличивает нагрузку на комбайны при глубине реза 0,15-0,20 м (рис. 7). Обобщенный график зави- симости производительности комбайна от прочности пород приведен на рис. 8. 1 – 27-й пласт; 2 – 36-й пласт; 3 – 23-й пласт; 4 – 30-й пласт Рис. 7 – Зависимость производительности от глубины реза при постоянной загрузке привода отбойного органа (№ 3, 1990 СМ). 0,20 0,15 0,10 0,05 0 2 3 4 5 Q, т/мин h, м 3 2 4 1 "Геотехническая механика" 285 Рис. 8 – Зависимость производительности комбайна от прочности пород (№ 1, 1991 МиГП ). Проведенные исследования позволили отработать элементы технологии и обосновать технологические схемы отработки Саурешского участка Рижского месторождения гипса комбайновым способом. На рис. 9 приведена схема отра- ботки участка карьерного поля блоками в зависимости от необходимости в до- быче гипса и доломитизированных глин. Рекомендуемые параметры блоков минимальными размерами 80×40 м обусловлены технологическими особенно- стями разработки с применением комбайна «Виртген 2100 VC». При отработке участков протяженностью менее 80 м и шириной до 40 м значительно увеличи- вается потери времени на маневровые операции. 31 29 27 25 3,7 3,9 4,1 4,3 4,5 4,7 Q, т/мин σ, МПа 286 Выпуск № 83 1 – гипсовый целик; 2 – вскрышные породы; 3 – гипсовый пласт; 4 – автомобиль; 5 – экскаватор; 6 – направление разработки; 7 – комбайн. Рис. 9 – Схема отработки полезного ископаемого с применением комбайна «Виртген 2100 VC». По результатам проведенных исследований можно сделать следующие вы- воды: 1) комбайн «Виртген 2100 VC» стабильно работает с глубиной реза до 0,2 м. При этом производительность по гипсовым пластам составляет 4,3 т/мин; сменная – 790 т, месячная – 1500 т.; 4 20 м 80 м 6 м 7 6 м 5 4 1 2 3 7 11 12 14 13 15 4 5 6 8 9 10 40 м 40 м 3 1 2 6 I блок II блок 2,0 м 0, 2 м 17 16 15 14 13 12 11 7 3 2 1 18 19 20 "Геотехническая механика" 287 2) выход крупной фракции свыше 60 мм при шаге резания 30 мм не превы- шает 3% по 30 пласту и 9% - по 36 пласту, что позволяет исключить операции вторичного дробления; 3) применение машинной технологии на карьерах позволит вовлечь в отра- ботку запасы гипса расположенные во взрывоопасной зоне, достигнуть эконо- мической эффективности за счет снижения капитальных вложений, улучшить экологическую обстановку, повысить безопасность ведения работ на карьерах. Применение машин такого типа позволит осуществить селективную выемку пластов слоями менее 25 мм, соединить технологические операции выемки, по- грузки и первичной переработки гипсового камня в единый технологический процесс. Предварительные расчеты показывают, что при определенных режи- мах работы таких машин экономическая эффективность может быть достигнута за счет снижения капитальных вложений. Исключение взрывной отбойки при использовании подобных машин позволяет уменьшить негативные последствия разработки месторождений на окружающую среду. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Усаченко Б.М. Геомеханика подземной добычи гипса. – Киев: Наук. думка, 1985. – 216 с. 2. Lurace Miner Boosts Coal Kecovery in W.A. // Mining journal. – 1988. - № 7968. – p. 391.
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-33269
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
language Russian
last_indexed 2025-12-07T15:48:37Z
publishDate 2009
publisher Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
record_format dspace
spelling Усаченко, Б.М.
2012-05-27T13:21:32Z
2012-05-27T13:21:32Z
2009
Машинная добыча природного гипса на карьере / Б.М. Усаченко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 275-287. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33269
622.363
Викладені результати промислових досліджень машинної відбійки гіпса на кар’єрі.
Results of the industrial studies of the machine cutting of gypsum on quarry are stated.
ru
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
Геотехническая механика
Машинная добыча природного гипса на карьере
The machine mining of gypsum on quarry
Article
published earlier
spellingShingle Машинная добыча природного гипса на карьере
Усаченко, Б.М.
title Машинная добыча природного гипса на карьере
title_alt The machine mining of gypsum on quarry
title_full Машинная добыча природного гипса на карьере
title_fullStr Машинная добыча природного гипса на карьере
title_full_unstemmed Машинная добыча природного гипса на карьере
title_short Машинная добыча природного гипса на карьере
title_sort машинная добыча природного гипса на карьере
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33269
work_keys_str_mv AT usačenkobm mašinnaâdobyčaprirodnogogipsanakarʹere
AT usačenkobm themachineminingofgypsumonquarry