Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Рабочая программа'
Системы: нервная, сенсорная, сердечно-сосудистая, иммунная, эндокринная, пищеварительная, дыхательная; кожный покров, мочеполовая система и эмбриологи...полностью>>
'Реферат'
Атмосферу межличностных отношений создают сами люди. Своими поступками они могут загрязнить эту атмосферу, нарушить оптимальную пропорцию составляющи...полностью>>
'Программа'
Предпосылки образования Древнерусского государства. Борьба двух центров государственности на Руси – Новгорода и Киева. Объединение восточнославянских...полностью>>
'Рабочая программа'
Цель дисциплины - освоение принципов и алгоритмов медиапланирования как одной из составляющих процесса планирования рекламных и PR-кампаний, рассмотр...полностью>>

Разработка научно-технических основ повышения эффективности разрушения горных пород «в слое»

Главная > Автореферат
Сохрани ссылку в одной из сетей:


На правах рукописи

ЛАГУНОВА Юлия Андреевна

РАЗРАБОТКА НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ОСНОВ

ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ

РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД «В СЛОЕ»

Специальность 05.05.06 – "Горные машины"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Екатеринбург

2009

Р абота выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Афанасьев Анатолий Ильич;

доктор технических наук, профессор Хорешок Алексей Алексеевич;

доктор технических наук Газалеева Галина Ивановна.

Ведущая организация – Институт горного дела УрО РАН (г. Екатеринбург).

Защита диссертации состоится 24 декабря 2009 г. в 10оо ч. на заседании диссертационного совета Д 212.280.03 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 (в зале заседания Учёного совета).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "_20_" ___ноября_____ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета М.Л. Хазин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Дробление и измельчение горных пород являются самыми распространенными и одновременно наиболее энергоемкими процессами в горнорудной промышленности, на долю которых приходится 60-70 % от общих энергозатрат, причем основную часть затрат составляют операции измельчения. Низкая эффективность работы измельчительного оборудования обусловливается как малым КПД барабанных мельниц – основного технологического оборудования отечественных и зарубежных обогатительных фабрик, так и неудовлетворительной связью циклов дробления и измельчения вследствие их многостадийности.

В условиях рыночной экономики ужесточаются требования к качеству оборудования и эффективности технологических процессов. Ситуация усугубляется тем, что в настоящее время горно-обогатительные комбинаты перерабатывают в основном бедные и труднодробимые руды.

Крупным недостатком существующих способов рудоподготовки является «зажелезнивание» рудных концентратов. Так, при измельчении в барабанных мельницах на 1 т массы измельчаемого продукта приходится 2…2,5 т шаровой загрузки, а содержание «железа» (продукты износа мелющих тел и футеровок) составляет до 2,5 кг и более на 1 т концентрата.

Кардинальным способом повышения эффективности процессов рудоподготовки является совершенствование дробильно-размольного оборудования.

Современный этап развития дробильно-размольного оборудования характеризуется тенденцией передачи работы циклов измельчения на циклы дробления за счет введения операции сверхтонкого дробления. Созданы образцы дробильного оборудования – конусные инерционные дробилки типа КИД (НПК «Механобр-Техника», г. Санкт-Петербург), крупность продукта которых не зависит от размера разгрузочной щели, и гирационные дробилки типа КМД с форсированным режимом дробления.

Внедрение новых конструкций дробильного оборудования лишь частично компенсирует недостатки существующих способов рудоподготовки.

Наиболее перспективным направлением совершенствования дробильно-размольного оборудования является создание дробильно-измельчительных агрегатов, совмещающих операции дробления и измельчения при высоких технологических показателях за счет принудительного самодробления и самоизмельчения.

Необходимые условия появления дробильно-измельчительных агрегатов – установление взаимосвязей конструктивных параметров агрегатов с их технологическими параметрами и свойствами перерабатываемых материалов, а также выявление возможностей и способов управления рабочим процессом.

В настоящее время известны технические решения по таким дробильно-измельчительным агрегатам, как: ударно-отражательные дробилки, центробежная мельница динамического самоизмельчения МАЯ и др. В этих устройствах разрушение породы происходит за счет создания силового инерционного поля, что обусловливает большой износ и малую производительность.

Практическая реализация совмещения операций дробления и измельчения в одном агрегате возможна и на основе механических способов разрушения горных пород, что показывает опыт развития конструкций дробильно-размольного оборудования.

Таким образом, разработка математической и физической моделей процесса разрушения горных пород «в слое», позволяющих установить закономерности формирования степени дробления и энергозатрат, а также обосновать конструктивные и режимные параметры дробильно-измельчительного агрегата, является актуальной научной проблемой.

Цель работы – повышение эффективности процессов рудоподготовки за счет разработки новых конструкций дробильно-измельчительного оборудования на базе установленных закономерностей разрушения горных пород в слое.

Идея работы заключается в том, что снижение энергоемкости процесса разрушения горных пород достигается при совмещении операций дробления и измельчения в одном агрегате с возможностью управления рабочим процессом и режимными параметрами агрегата, рабочие органы которого оснащены независимыми приводами.

Объектом исследования являются процессы разрушения горных пород «в слое» и технические средства для их реализации, в которых обеспечивается существенное повышение эффективности использования дробильных и измельчительных машин по сравнению с традиционными типами оборудования для рудоподготовки.

Предмет исследования – выявление основных факторов, определяющих характер процесса разрушения горных пород «в слое», установление закономерностей формирования основных показателей процесса – энергозатрат, степени сокращения крупности, эффективности разрушения.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Процесс разрушения кусков горных пород «в слое» характеризуется несколькими стадиями: изменение объема слоя за счет заполнения пустот между кусками пород, деформирование слоя в результате контактного взаимодействия между отдельными кусками слоя; разрушение кусков, что обусловливает рост затрат энергии как на преодоление сил сцепления между кусками и на упруго-пластическое деформирование слоя, так и на разрыв межкристаллических связей.

2. Процесс разрушения горных пород «в слое» описывается математической моделью, которая основана на решении гранулометрической, скоростной, энергетической задач и позволяет установить закономерности упруго-пластического деформирования фракций различной крупности с учетом одновременной сегрегации частиц при их перемещении в слое материала.

3. Основными показателями, характеризующими упруго-пластические свойства слоя материала, являются степень предварительного уплотнения, определяющая состояние зернистой среды, и плотность энергии деформации (энергия деформации, отнесенная к объему слоя).

4. Гранулометрическая и энергетическая характеристики дробимости горных пород в слое определяются фракционным составом горной массы, относительной деформацией слоя, зависящей от модуля сжимаемости слоя.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяются использованием классических и современных методов механики разрушения, апробированных методов сопротивления материалов и математической статистики, а также подтверждаются достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, выполнявшихся как в лабораторно-промышленных, так и в лабораторных условиях, в том числе на физической модели (расхождение результатов не превышает 7…10 %).

Научная новизна диссертационной работы:

выявлены статистические зависимости показателей процесса разрушения горных пород способом "в слое" (степени сокращения крупности и энергоёмкости дробления) от грансостава исходной массы, структуры слоя материала и от интенсивности внешнего воздействия;

разработана имитационная модель процесса разрушения горных пород «в слое», основанная на рассмотрении состояния слоя материала как функции удельной энергии деформаций;

экспериментально установлены зависимости между показателями процесса разрушения «в слое» и основными влияющими факторами – степенью уплотненности слоя, фактором перемешивания фракций и степенью боковой стесненности.

Практическое значение работы.

На базе выполненных в работе исследований:

сформулированы принципы рациональной организации процесса разрушения горных пород «в слое» – многократного нагружения и изменения уровня относительной деформации от модуля сжимаемости слоя, которые позволят обеспечить положительное суммарное воздействие влияющих факторов;

разработана функциональная схема дробильно-измельчительного агрегата, обеспечивающая реализацию принципов рациональной организации процесса разрушения горных пород «в слое»;

разработана методика выбора режимных и конструктивных параметров агрегата.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в дивизионе «Горное оборудование» ООО «Уралмаш-Инжиниринг» МК «Уралмаш» и в ОАО «Ураласбест».

В дивизионе «Горное оборудование» ООО «Уралмаш-Инжиниринг» МК «Уралмаш» внедрена методология обоснования основных параметров процесса разрушения горных пород в слое (энергоёмкость, грансостав продукта разрушения), выполнено техническое предложение по компоновочной схеме дробильно-измельчительного агрегата.

Предложенный вариант технологической схемы рудоподготовки с применением дробильно-измельчительного агрегата обеспечивает исключение ряда операций на обогатительной фабрике ОАО «Ураласбест».

Получен патент на полезную модель по конструкции дробильно-измельчительного агрегата № 57638 «Мельница» от 27.10.2006.

Результаты исследований включены в учебник по дисциплине «Проектирование обогатительных машин» для студентов специальности 150402 (170100) – «Горные машины и оборудование».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы с 1990 по 2009 гг. докладывались и получили одобрение на научно-технических советах, научных симпозиумах и семинарах, в конструкторских отделах, институтах (НПК «Механобр-Техника», г. С.-Петербург, 2004, 2006 гг., НТЦ НИИОГР, г. Челябинск, 2005 г.) и на горно-обогатительных предприятиях России, Монголии (СМРП "Эрдэнэт", 2002 г.) и Украины (ДНТУ, ИГТМ НАН, 2002, 2005 гг.). Основные положения диссертационной работы докладывались на симпозиумах «Неделя горняка – 2004, 2005, 2006, 2008, 2009 гг.», МГГУ (г. Москва), международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера ХХI века» (г. Донецк, 2003, 2004, 2005, 2007 гг.), международной научно-технической конференции «Чтения памяти В.Р. Кубачека. Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности» (г. Екатеринбург, 2002, 2004, 2006, 2007, 2008, 2009 гг.), международной конференции «Динамика и прочность горных машин» (г. Новосибирск, 2003 г.), международной научно-технической конференции «Чтения памяти В.Р. Кубачека. Нетрадиционные технологии и оборудование для разработки сложно-структурных МПИ» (г. Екатеринбург, 2005 г.), научно-практической конференции «Качество, надежность, эффективная эксплуатация горно-транспортного оборудования: современное состояние и перспектива» (г. Екатеринбург, 2000 г.)

Публикации.

Основные научные результаты опубликованы в 35 печатных работах, в том числе в 23 из Перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, утвержденного ВАК.

Личный вклад автора в публикации, выполненные в соавторстве, состоял в формировании основной идеи / 8, 15, 16, 17, 26 /, выборе метода исследований / 21, 23, 30 /, анализе полученных результатов и подготовке на их основе методик расчета и рекомендаций / 1, 10 /.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 153 наименований. Работа изложена на 143 страницах машинописного текста и содержит 34 рисунка, 27 таблиц и 8 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе выполнен анализ современного состояния процессов рудоподготовки и определены задачи исследования.

Актуальность исследований процессов рудоподготовки предопределена ростом объемов переработки полезных ископаемых, в частности бедных руд и промышленных отходов; появлением новых технологий в обогащении и металлургии.

Наибольший вклад в создание теоретических основ техники рудоподготовки внесли С.Е. Андреев, В.А. Бауман, И.И. Блехман, Л.А. Вайсберг, Г.А. Денисов, В.В. Зверевич, Н.А. Иванов, В.И. Кармазин, В.Р. Кубачек, Л.Б. Левенсон, В.А. Масленников, В.А. Олевский, С.А. Панкратов, В.Н. Потураев, Ю.И. Протасов, В.И. Ревнивцев, В.Д. Руднев, А.К. Рундквист, А.Д. Табарин, В.Н. Хетагуров, А.В. Ягупов.

Практика проектирования, расчета и технологического применения дробильно-размольного оборудования была развита благодаря работам Д.И. Беринова, В.А. Донченко, Л.П. Зарогатского, М.Н. Казенкова, Н.Г. Картавого, Б.В. Клушанцева, Ю.А. Муйземнека, В.А. Перова, К.А. Разумова, А.Д. Учителя, А.М. Шестакова, В.П. Франчука и многих других.

Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований по дробильно-размольному оборудованию, в частности по дробильно-измельчительным агрегатам, показал:

решение проблемы повышения эффективности процессов рудоподготовки возможно при снижении крупности продукта дробильного передела, т.е. переноса большей части работы по разрушению горных пород на дробильное оборудование;

основным способом получения мелкого продукта является способ разрушения горных пород «в слое».

Вместе с тем способ «свободного» разрушения (или дробление «в слое») не имеет широкого применения ввиду ряда технических трудностей его реализации. Как показали промышленные испытания дробилок в ряде режимов (например, при завале или чрезмерно большой производительности по питанию), работа оказывается настолько напряженной, что приводит к отказам предохранительных устройств.

В целом данный способ характеризуется малой управляемостью процессом дробления (зависимость результата процесса от случайных факторов перемешивания и степени уплотненности слоя), нестабильностью характеристик силового воздействия на материал и необходимостью повышения цикличности нагружения для обеспечения качества продукта (соответственно, при увеличении энергоемкости процесса).

В то же время, как установлено в результате промышленной эксплуатации дробилок КИД и КМД-2200Т при форсированном режиме работы, способ дробления «в слое» имеет ряд преимуществ:

1) повышенная степень дробления за счет устранения ограничения крупности продукта, зависящего от размера разгрузочной щели;

2) возможность получения продукта преимущественно кубовидной формы;

3) исключение переизмельчения продукта.

В связи с этим способ дробления «в слое» целесообразно применять в дробильно-измельчительных агрегатах как средство совмещения циклов дробления и измельчения.

Расширение области применения и повышение эффективности дробильно-измельчительных агрегатов требуют более полного изучения основных закономерностей процесса разрушения горных пород «в слое» и разработки методики обоснования конструктивных и режимных параметров агрегатов.

В соответствии с целью работы сформулированы основные задачи исследований.

Главной задачей исследования является определение качественных и количественных характеристик процесса разрушения горных пород «в слое» на основе учета влияющих факторов и при исключении режима прессования.

Частными задачами исследования являются:

разработка технических решений, обеспечивающих формирование «слоя» материала и регулирование уровня разрушающего воздействия в зависимости от крупности частиц материала;

установление количественных зависимостей между режимными и технологическими параметрами установки;

оценка гранулометрической и энергетической характеристик процесса разрушения в «слое».

Во второй главе рассмотрены вопросы моделирования процесса разрушения горных пород «в слое» и выявлены его закономерности.

Показано, что полная имитационная модель процесса разрушения «в слое» должна включать: математическую и физическую модели, в которые входят характеристики физико-механических и технологических свойств материала, модели операций перемешивания фракций материала, уплотнения слоя и разрушения частиц материала.

При разработке математической модели процесса разрушения горных пород «в слое» приняты следующие допущения: слой рассматривается как упругопластическая среда; среда является сыпучей; рабочий орган представляет собой твердое тело, характеризуемое линейными размерами и углами; поверхности скольжения при деформировании развиваются в условиях всестороннего сжатия.

В общем виде напряженно-деформированное состояние среды может быть описано тензорами напряжений и деформаций.

Тензоры напряжений и деформаций в точке

σх τху τхz εх 0,5 γху 0,5 γхz

Тн = τуx σy τуz . (1) Tд = 0,5 γху εх 0,5 γуz . (2)

τzx τzy σz 0,5 γzx 0,5 γzy εz

По условию равновесия

τху = τуz ; τуz = τzy ; τzx = τхz ; (3)

γху = γху ; γуz = γzy ; γzx = γхz . (4)

Переход от компонент тензора деформаций к перемещениям точек деформируемого объема по уравнениям Коши:

εx = u / x; γху = (u / y) + (v / x);

εy = v / y; γуx = (v / z) + (w / y);

εz = w / z; γzx = (w / x) + (u / z). (5)

Условия равновесия внутренней точки деформируемого слоя (рис. 1):

[(σх) /(∂х)] + [(τху) / (y)] + [(τхz) / (z)]+ Х = 0;

[(τух) / (∂х)] + [(σу) / (y)] + [(τyz) / (z)] + Y = 0;

[(τzx) / (∂х)] + [(τzу) / (y)] + [(σz) / (z)] + Z = 0. (6)

Д
ля упрощения решения используем метод представления слоя как линейно-деформируемого тела (рис. 2).

Механизм разрушения кусков породы "в слое"

Соотношения между касательными и нормальными компонентами напряжений в дискретной среде характеризуют способность рассматриваемых сред распределять действующие нагрузки и для безраспорной среды имеют вид:

τхz = - (1 / 2αx) (σz / x);

τyz = - (1 / 2αy) (σz / y);

τyx = (1 / (4αx αy)) (2σz / (xy));

σx = (1/4 αx2) (2σz ) / (x2);

σy = (1/4 αy2) (2σz ) / (y2). (7)

В случае распорной среды коэффициенты пропорциональности αx, αy в уравнениях уже не являются постоянным, и меняются с глубиной z:

(1 / 2αx) = φ(z) = ξz;

(1 / 2αy) = φ(z) = ξz . (8)

Матрица тензора напряжений тогда принимает вид:

σ1 0 0

Тσ = 0 σ2 0 . (9)

0 0 σ3

При деформировании слоя материала в условиях блокированности при предварительном уплотнении поле напряжений достаточно однородно и характеризуется гидростатическим распределением напряжений, т.е. таким распределением, когда σ1 = σ2 = σ3.

Дифференциальные уравнения равновесия и условие прочности образуют систему уравнений, содержащую два компонента тензора напряжений для плоской задачи:

[(σх) / (∂х)] + [(τху) / (y)] = Х;

[(τху) / (∂х)] + [(σy) / (y)] = Y. (10)

Характер процесса разрушения «в слое» определяется соотношением между уровнем внешнего воздействия, структурой слоя (степенью уплотненности слоя), кинематическими параметрами движения слоевой загрузки в рабочей камере и интенсивностью (кинетикой) сокращения размеров кусков и грансостава смеси.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Методика оценки напряженного состояния краевой части рудного массива при отработке глубоких рудников талнаха «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»

    Документ
    Ра­бо­та вы­пол­не­на в Го­су­дар­ст­вен­­ном ­об­ра­зо­ва­тель­ном уч­ре­ж­де­нии выс­ше­го про­фес­сио­наль­но­го об­ра­зо­ва­ния Санкт-Пе­тер­бург­ском го­су­дар­ст­вен­ном гор­ном ин­сти­ту­те име­ни Г.
  2. Научные основы методов прогноза напряженно-деформированного состояния горных пород при разработке месторождений нефти и газа

    Автореферат
    Защита состоится « » 2008 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 004.026.01 при Горном институте УрО РАН по адресу: 614007, г.Пермь, ул.Сибирская, 78а.
  3. Эффективность общественного производства и планирование 67 Взаимосвязь отраслевого и территориального планирования 77

    Документ
    Данный очерк дополняет главу 4-ую монографии «Мир на перекрестке четырех дорог. Прогноз судьбы человечества». Он написан на основе систематизации и обобщения тех материалов, которые мною были в свое время собраны при подготовке докторской диссертации.
  4. Развитие методов Оценки физико-механических свойств горных пород в массиве для геомеханического обеспечения открытой угледобычи

    Автореферат диссертации
    Защита диссертации состоится «__» 2010 г. в 10 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 002.074.02 при Учреждении Российской академии наук Институт проблем комплексного освоения недр РАН по адресу: 020, г.
  5. Программа фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2008 - 2012 годы

    Программа
    1. Основание для разработки Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук, цели, задачи и основные принципы ее реализации

Другие похожие документы..