Физико-механические свойства горных пород Классификация горных машин для открытой разработки полезных ископаемых По роду выполняемой работы машины подразделяются на 7 классов: машины подготовки горных пород к выемке (буровые станки, машины для зарядки и забойки скважин); выемочно-погрузочные машины (экскаваторы); выемочно-транспортирующие машины (бульдозеры, скреперы); отвалообразователи; дробильно-сортировочные машины; машины для вспомогательных работ (проветривание, поливка карьеров и т.д.); машины для гидромеханизации. Машины каждого класса дополнительно подразделяются на группы по особенностям работы. Группы могут подразделяться на типы по конструктивным признакам. Каждая машина состоит из: - рабочего оборудования (это та часть машины которая служит для выполнения технологической операции) - силового оборудования (привода), назначение которого приведение в действие оборудования - механического оборудования, назначение – связать рабочее оборудование с силовым (редукторы, трансмиссии) - системы управления. Назначение – включение и выключение отдельных механизмов (муфты, фрикционы) - ходового оборудования. Назначение – перемещение машины. - несущих конструкций. Назначение – быть общей для монтажа всех элементов машины, их взаимной связи (шасси). Физико-механические свойства горных пород Основные свойства горных пород можно подразделить на следующие две группы: 1. Физические свойства — плотность, пористость, влагоемкость, теплопроводность, проводимость звука, электрического тока и др. .2. Механические свойства — прочность, упругость, пластичность, крепость, твердость, контактная прочность, абразивность. Твердость – свойство породы препятствовать внедрению в нее твердого недеформируемого тела (например лезвие бурового инструмента). Упругость — свойство горной породы восстанавливать свои первоначальные форму и объем по прекращению действия внешних сил. Упругие свойства характеризуются модулем упругости и коэффициентом Пуассона. Пластичность - свойство породы деформироваться под действием нагрузки без нарушения сплошности и сохранять полученную форму после снятия нагрузки. Хрупкость – способность породы разрушаться под действием внешней нагрузки без пластических деформаций. Породы более прочные при сжатии, обычно более хрупкие. Вязкость – сопротивляемость породы силам, стремящимся разъединить ее частицы. Она зависит от пластичных свойств породы и предела прочности. Плотность – это отношение массы образца к его объёму g=m/V Абразивность - способность горной породы изнашивать Разрыхляемость – свойство горных пород увеличивать объем при дроблении Буримость – скорость бурения горной породы в определенных условиях Контактная прочность – свойство породы оказывать сопротивление деформации в поверхностном слое при местных контактах. 3. Способы бурения горных пород (ударное бурение; ударно-вращательное бурение; вращательно-ударное бурение). Ударное бурение. При ударном способе бурения разрушение горной породы производится лезвием бурового инструмента внедряющегося в породу под действием удара Руд. После удара буровой инструмент поворачивается и по нему наносится очередной удар и т.д. осевая нагрузка на инструмент Рос или отсутствует (станки ударно-канатного бурения) или небольшая (перфораторы). Величина Мкрнезначительная. Область применения применяется для бурения пород средней крепости, крепких и весьма крепких. Достоинство: возможность бурения крепких абразивных пород. Недостаток: сравнительно низкая скорость бурения из-за периодического воздействия инструмента на породу. .Ударно-вращательное бурение. При ударно-вращательном бурении по непрерывно вращающемуся буровому инструменту наносится значительная ударная нагрузка Руд. Инструмент прижимается к забою сравнительно небольшим усилием Роспод действием небольшого крутящего момента Мкр. Область применения: крепкие абразивные горные породы с f=8-20.Достоинства: возможность бурения глубоких скважин. Недостатки: те же что и при ударном бурении. .Вращательно-ударное бурение. При вращательно-ударном бурении разрушение породы происходит под действием на буровой инструмент значительной по величине осевой нагрузке Рос, ударной нагрузке Руд, и крутящего момента Мкр. Разрушение породы осуществляется за счет резания. Ударная нагрузка способствует улучшению условий внедрения инструмента в породу. Область применения: неабразивные породы средней крепости крепкие f=6-14. Достоинства: высокая бурения. Недостатки: низкая прочность бурового инструмента 4. Новые методы бурения (вибрационное бурение; ультразвуковое бурение) . Вибрационное бурение. Сущность вибрационного метода заключается в том, что при обычном вращательном способе бурения на породоразрушающий инструмент накладываются колебания определенной частоты и амплитуды, создающейся специальным вибратором. Действие вибратора основано на эффекте центробежной силы, возникающей при вращении неуравновешенных масс (эксцентриков) на горизонтальном валу. Горизонтальные составляющие центробежной силы уравновешиваются, а вертикальные складываются и воздействуют на породоразрушающий инструмент. Инструмент вращается с помощью специального вращателя. Процесс разрушения при вибрационном бурении носит усталостный характер, при котором под действием знакопеременной нагрузки в зоне контакта с инструментом порода разрушается более интенсивно, чем при вращательном способе бурения. Механические вибраторы создают колебания частотой 100-250Гц. Применяется в геологоразведке при бурении трубчатым инструментом по слабым горным породам с отбором керна. Ультразвуковое бурение Если через катушку проволоки, намотанной на стержень, изготовленного из ферромагнитного материала, пропустить переменный ток высокой частоты, то стержень начнет сжиматься и растягиваться с такой же частотой, что и частота тока. При этом конец стержня будет излучать ультразвуковые колебания частотой 10000-20000 Гц. При бурении горной породы в зону разрушения (под стержень) подается суспензия абразивов в жидкости, а инструмент подается на забой с небольшим усилием. С помощью скоростной киносъемки установлено, что разрушение происходит вследствие забивания зерен абразивов в материал торцом инструмента. Разрушаемый материал должен быть хрупким. Скорость бурения 2- мм/мин (очень низкая), для бурения горных пород этот способ пока не перспективен. |