ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГОЕМКОСТИ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ШАРОШЕЧНОМ БУРЕНИИ

характеристики связующего вещества, обеспе- от выдувания и биоэффективность.
чивающие длительное сохранение поверхности
1. ИщукИ.Г, Поздняков Г.А. Средства комплексного обеспыливания горных предприятий. Справочник. - М., 1991.
2. Битколов Н.З., Медведев ИИ. Аэрология карьеров. Учеб. для вузов. - М., 1992.
3. Карасев К.И., Мязин В.П., Гальперин В.Г. Использование водорастворимых полимеров при добыче и переработке минерального сырья. Обзорная информация. - М., 1990, Вып.1.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. ОлейниковА.Г., Свирякин Б.И., Стороженко Н.Д. Физико-химические приемы снижения водопроницаемости и предотвращения пыления грунтов хвосто-хранилищ на разных стадиях их возведения. Обзорная информация. - М., 1990, Вып.1.
5. РогалевВ.А. Нормализация атмосферы горнорудных предприятий. - М., 1993.
6. Лопотко М.З., Кислое НВ. Использование сапропелей в народном хозяйстве СССР и за рубежом. Обзорная информация. - М., 1990.
Коротко об авторах _________________________________________________________________
Шувалов Ю.В., Ильченкова С.А., Гаспарьян Н.А., Бульбашев А.П. — Санкт-Петербургский государственный горный инситут (Технический университет).
--------------------------------------- © В.К. Угольников, Д.Б. Симаков,
Н.В. Угольников, 2004
УДК 622.233.6:622.24.051.55
В.К. Угольников, Д.Б. Симаков, Н.В. Угольников
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГОЕМКОСТИ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ШАРОШЕЧНОМ Б УРЕНИИ
Семинар № 3
ТЪ настоящее время на карьерах нормы -Я-9 выработки машинистов буровых станков определяются на основании классификации ЦБПНТ, основой которой время, затрачиваемое на бурение 1 м скважины. Основным минусом этого метода является недостаток оперативной информации о свойствах буримых пород, что представляет собой весьма крупную технологическую проблему.
Исследования [1] показали, что данная задача может быть решена с помощью показателя удельной энергоемкости бурения, являющегося интегральной характеристикой комплекса физико-технических параметров
горных пород в массиве. Существующая шкала ЦБПНТ была трансформирована со скорости бурения на удельную энергоемкость бурения табл. 1.
Таблица 1
Шкапа буримости горных пород по показателям механической скорости и удельной энергоемкости шарошечного бурения
Категории крепости пород по шкале ЦБПНТ Основное время бурения, ч/м Удельная энергоемкость бурения, кВт ч/м
VI 0,020 - 0,023 0,5 - 0,7
VII 0,024 - 0,030 0,7 - 0,9
VIII 0,031 - 0,036 0,9 - 1,1
IX 0,037 - 0,043 1,1 - 1,3
X 0,044 - 0,049 1,3 - 1,5
XI 0,050 - 0,056 1,5 - 1,8
XII 0,057 - 0,066 1,8 - 2,1
XIII 0,067 - 0,083 2,1 - 2,5
XIV 0,084 - 0,097 2,5 - 2,9
XV 0,098 - 0,118 2,9 - 3,5
XVI 0,119 - 0,138 3,5 - 4,2
XVII 0,139 - 0,166 4,2 - 5,0
XVIII 0,167 - 0,193 5,0 - 5,9
XIX 0,194 - 0,225 ,9 6, ,9 5,
XX 0,226 - 0,270 6,9 - 8,1
Разрушение пород на забое скважины происходит при совокупном участии трех потребителей энергии: двигателя вращателя, насоса гидросистемы и компрессора системы продувки. Система продувки при достаточном и постоянном количестве воздуха практически не влияет на энергоемкость процесса, если измерения производятся в некотором постоянном диапазоне глубины скважины. Затраты энергии на создание осевого усилия составляют не более 20% энергии, потребляемой двигателем вращателя [1,2]. Эти затраты достаточно по-
стоянны и обособленны. Установлено, что процесс бурения шарошечными долотами происходит преимущественно за счет энергии вращателя, доля которой по разрушению породы на порядок больше доли энергии осевого усилия. Ввиду стабильного характера работы привода гидронасоса и независимости его от физико-технических
свойств пород, для определения удельной энергоемкости бурения достаточно регистрировать энергию, потребляемую двигателем вращателя. Учет этой энергии в определенные промежутки времени и на заданной глубине характеризуют общую энергоемкость бурения и позволяет судить о свойствах массива горных пород. Полная энергоемкость бурения включает затраты энергии, связанные с разрушением породы под шарошечным долотом и с преодолением тепловых и механических потерь. Удельная энергоемкость процесса бурения является наиболее представительной характеристикой свойств горного массива, а ее определение представляет наибольший интерес.
В результате лабораторных испытаний на образцах были установлены физикомеханические характеристики руд и пород месторождения Малый Куйбас (табл. 2).
Породы в массиве имеют довольно
Таблица 2
Физико-технические характеристики пород и руд месторождения Малый Куйбас
Наименование руд и пород Объемный вес, р, кг/м3 Скорость волны, м/с Предел прочности, МПа Коэффициент крепости по Прото-дьяконову, Г Аку- стиче- ская жест- кость, рС* кг/м с
про- доль- ной, Ср попе- речной, Ся на сжа- тие, беж на растяжение,
Габбро 2840 5953 3870 110,8 12,2 11 16,9
Диабазовый порфирит 2620 5806 3728 191,2 17,2 19 15,2
Плагиоклазовый порфирит 2850 5370 2840 93,6 13,7 9,5 13,9
Кварцполевошпатовый роговик 2590 5900 1719 89,5 9,7 9,0 15,3
Диорит 2860 6036 3787 157,0 16,4 15,7 17,3
Гранодиорит 2600 5486 3264 87,1 11,3 8,7 14,3
Гранит 2600 5210 3310 92,3 9,9 9,5 13,5
Пироксеновый скарн 2350 5650 3255 47,3 6,7 5 13,3
Магнетитовая руда 4220 6550 4028 144 10,1 14,5 27,6
Магнегитогранатовый скарн 3333 5860 2060 62,3 8,5 6,5 19,5
253
Таблица З
і категориям буримости гор.+450 карьер, і Малый Куйбас
категории крепости порол(ЦБП нт\ Энергоемк ость бурения. кВт ч/т Распределение п о рол по категориям буримости, %
1 блок 2 блок 3 бло к 4 блок 5 блок Средняя по карьеру
1 шт. 2 шт. Ср. по СКВ. 1 шт 2 шт. Ср. по СКВ. 1 шт. 2 шт. Ср. по СКВ. 1 шт. 2 шт. Ср. по СКВ. 1 шт. 2 шт. Ср. по СКВ. 1 ШТ. 2 шт. Ср. по СКВ.
\лп 0,9-1,1 0,74 0,2
IX 1,1-1,3 0,74 1,8 0,4
X 1,3-1,5 3,0 3,7 2,22 0,7 0,9 0,6
XI 1,5-1,8 17,7 11,1 14,1 5,45 12,8 8,7 9,1 11,4 2,8 3,5
XII 1,8-2,1 16,3 7,4 7,4 - - 40,7 2,3 42,8 0,5 56,8 33,7 1,9 2,4
хш 2,1-2,5 14,8 17,0 20,7 10,9 1,8 10,9 17,4 8,14 33,7 41,0 4,6 45,7 34,1 9,1 26,4 7,3 27,9
XIV 2,5-2,9 17,0 13,3 18,5 40,0 24,3 27,3 22,1 32,6 46,5 6,9 40,5 41,6 - 77,3 14,2 24,4 41,0
XV 2,9-3,5 18,5 16,3 18,5 41,8 36,4 43,6 5,8 47,7 16,3 0,5 42,2 11,6 45,5 13,6 10,1 36,5 17,7
XVI 3,5-4,2 8,9 17,8 14,1 20,0 16,4 1,2 9,3 - 11,0 0,5 54,5 2,4 20,5 5,4
XVII 4,2-5,0 2,22 9,63 4,44 7,3 1,8 2,3 1,2 1,7 0,6 4,1 1,5
XVIII 5,0-5,9 - 2,22 5,45 - 1Д
XIX 5,9-6,9 - - - 1,8 0,2
XX 6,9 - 1,5 - 0,4
М І0
Є =
О»
Р
Таблица 4
Распределение горных пород по категориям буримости на карьере
Категория пород по буримости Распределение пород по категориям буримости
Гор. +450 Гор. +430 В среднем по карьеру
X 0,28 - 0,23
XI 4,40 - 3,60
XII 4,54 - 3,72
XIII 22,12 - 18,10
XIV 29,5 - 24,13
XV 15,17 - 12,41
XVI 9,07 - 7,42
XVII 12,78 5,09 11,37
XVIII 1,99 26,12 6,38
XIX 0,15 37,57 6,96
XX - 31,22 5,68
сложное залегание и перемежаемость, что затрудняет прогнозирование его свойств.
Для определения энергоемкости бурения на буровом станке были установлены приборы «Прогноз-2», а в кабине машиниста два счетчика импульсов, один из которых предназначен для замера затрат энергии в целом по взрываемому блоку, а другой для регистрации энергозатрат по каждой отдельной скважине или буровой штанге. После обуривания скважины на основании показаний счетчика производится расчет средней энергоемкости по блоку, по скважине или штанге:
Е
^Ср
(і)
А-
где еф - средняя энергоемкость по блоку, кВт ч/м; Е - затраты энергии на обуривание блока по счетчику, кВт ч; Ь1 - суммарная глубина обуренных скважин на блоке, глубина скважины или длина буровой штанги, м.
С целью определения изменения энергоемкости бурения по высоте уступа производятся замеры показаний приборов через каждый метр. Исследованиями энергоемкости бурения горных пород установлено, что породы, слагающие массив
месторождения М. Куйбас, относятся в основном к XIII - XX категории пород по буримости, а энергоемкость бурения в целом по карьеру меняется в пределах от 0,9 до 8,1 кВт ч/м.
Регистрация показаний энергоемкости производилась по первой и второй штанге на горизонтах +450 и +430 м рис. 1а и 16. Замеры энергоемкости бурения произведены на 5 блоках соответственно по первой, второй штанге и в среднем по скважине табл. 3.
Породы массива первого блока относятся к ХШ-ХУ категории буримости, на втором блоке преобладают породы XIV, ХУ категорий, причем породы ХУ категории составляют 43,6 %. На третьем блоке преобладают породы XIII, XIV категорий, а породы XIV категории составляют 46,5 %. Четвертый блок сложен породами XIII-XIV категории, доля соответственно составляет 45,7 и
41.6 %. На пятом блоке 77,3 % от всего объема составляют породы XIV категории по буримости.
Исследованиями установлено, что с понижением горных работ на два уступа, категории обу-риваемых пород резко изменяются. Так, если на гор. +450 присутствуют породы от X до XIX категорий, то на гор. +430 от XVII до XX категории табл.4. Средневзвешенная энергоемкость разрушения пород при бурении по карьеру составляет
3.6 кВт ч/м.
Проведенные исследования позволили установить, что энергоемкость бурения меняется по глубине скважин, причем для скважин первого ряда она меньше чем для последующих рядов. Замеры энергоемкости позволяют производить оперативное нормирование труда машиниста бурового станка, а замеры энергоемкости по глубине скважины необходимо использовать при проектировании параметров БВР.
----------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ТангаевИ.А. Буримость и взрываемость горных пород. - М.: Недра, 1978, 184 с.
2. Крюков Г.М., Михеев И.Г., Одинец С.И. Теоретический анализ скорости и энергоемкости шарошечного бурения. В кн.: Труды Московского горного института, 1970, вып. 48, с.114 - 128.
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------
Угольников Владимир Константинович - кандидат технических наук, доцент, Симаков Дмитрий Борисович — аспирант,
Угольников Никита Владимирович - аспирант,
Магнитогорский государственный технический университет имени Г.И. Носова.