Вторичное дробление

ВТОРИЧНОЕ ДРОБЛЕНИЕ (а. seсоndary crushing; н. Blockbehandlung; ф. broyage seсоndaire, соncassage seсоndaire; и. trituration secundaria) — разрушение негабаритов в горной массе при открытой или подземной разработке месторождений и строительстве. Производится; на карьерах — в экскаваторном забое или на перегрузочном пункте; на шахтах — непосредственно в очистном забое и в выработках горизонтов грохочения, скреперования или погрузки. При подземной разработке вторичное дробление разделяется обычно на две стадии: дробление крупных кусков и ликвидация зависаний руды в выпускных восстающих (дучках); разрушение негабаритов, прошедших через выпускные восстающие. При этом затраты на вторичное дробление доходят до 20-30% (отбойка шпурами) и до 50-100% (скважинами).

По виду энергии, подводимой к объекту разрушения, выделяют способы вторичного дробления; взрывные, механические, электрические, термические, гидравлические, акустические, оптические, радиационные, химические, комбинированные.

Взрывные способы (наиболее распространены) основаны на методах шпуровых и наружных зарядов. При вторичном дроблении первым методом диаметр шпуров обычно 36-42 мм. Удельный расход взрывчатых веществ 0,1-0,3 кг/м³ (на рудных шахтах до 0,4-0,8 кг/м³). Повышению эффективности вторичного дробления этим методом способствует заполнение шпуров водой — гидровзрывание (рис. 1).

При этом величина заряда принимается из расчёта 10-50 г на 1 м³ объёма негабаритного куска. Энергия взрыва переходит в ударную волну с небольшими потерями. Метательное действие взрыва выражено слабо. При использовании наружных зарядов удельный расход взрывчатых веществ возрастает, как правило, до 1,5-3 кг/м³ и может быть сокращён до 0,4-0,6 кг/м³ применением кумулятивных зарядов (рис. 2).

Использование в качестве забойки для наружного заряда полиэтиленовых пакетов с жидкостью (рис. 3) позволяет повысить кпд взрыва за счёт участия в процессе дробления отражённых ударных волн.

Производительность труда по разделке негабаритов в этом случае возрастает в 2 раза по сравнению с методом шпуровых зарядов. Дробление крупных кусков и ликвидация зависаний руды в выпускных выработках производятся фугасными зарядами обычно массой 2-10 кг. Применяют также стреляющие системы с дистанционным управлением, доставляющие заряды взрывчатых веществ к зависшей руде; в CCCP созданы гранатомёты ДРС-130, ДРС-160, ДРС-200.

Основные достоинства взрывных способов вторичного дробления — универсальность, разрушение кусков практически любого размера. Основные недостатки — относительно высокие удельные затраты энергии (до 15•10⁶ Дж/м³), стоимость (до 0,8-1,2 руб/м³), особенно при дроблении кусков менее 0,8-1 м, специфические особенности взрывной технологии, нарушающие ритмичность производства.

Среди механических способов вторичного дробления выделяют разрушение кусков горной массы ударом, гравитационное разрушение. Первый способ реализуется прежде всего в дробилках, которые устанавливаются стационарно или на самоходных дробильных агрегатах (наиболее перспективный тип дробилок — роторные). Для разрушения крупных одиночных породных блоков целесообразно применение молотов различных конструкций (пневматических, гидравлических и др.). Разрушение осуществляют также подачей сжатого воздуха в шпуры, пробуренные в негабарите. Производительность пневматических молотов по породам средний крепости 30-40 м³/ч, себестоимость процесса разрушения 0,07-0,1 руб/т. Применение гидравлических молотов позволяет повысить производительность процесса разрушения до 80-100 м³/ч. Гравитационный способ вторичного дробления осуществляется падающим грузом (экскаваторные и крановые бутобои) либо под действием собственного веса падающего негабаритного куска. Отличается низкой удельной энергоёмкостью процесса разрушения (до 0,4•10⁶ Дж/м³); достаточно эффективен при породах средний крепости. Для разрушения негабаритов используют также гидроклины. Достоинства механических способов вторичного дробления — безопасность, низкая энергоёмкость, простота подвода энергии к объекту воздействия, возможность автоматизации процесса дробления.

Термический способ вторичного дробления основан на неравномерном расширении тел при концентрированном нагреве. Разрушение негабаритов осуществляется ручными термобурами с огнеструйными горелками ракетного типа и термитами. Для окисления жидкого горючего в ручных термобурах используется кислород или воздух. Применение термобуров ограничено; процесс разрушения отличается относительно высокой энергоёмкостью (до 7•10⁶ Дж/м³). Производительность ручного термобура с мощностью горелки 100 кВт (на карьерах Кривбасса) 10-15 м³/ч. Вторичное дробление термитом основано на воздействии на негабарит теплом, получаемым при сжигании термитного состава. Процесс разрушения протекает быстро, не даёт разлёта кусков и образования вредных газов (за исключением дробления негабаритов сернистых руд), однако требует дополнительного механического воздействия для полного разрушения негабаритов. Эффективность вторичного дробления термитом повышается с увеличением содержания в горных породах кварца.

Основой процесса разрушения пород при электрическом способе (контактном или бесконтактном) чаще всего служит тепловой, реже электрогидравлический эффект. Сущность последнего — разрядка батареи конденсаторов (напряжение до 100 кВ) на водный промежуток (рис. 4); порода разрушается под действием кавитации и ударных волн взрывного характера.

Электрический контактный способ, применяемый в карьерах, реализуется с помощью установок (типа 2УРН), основной узел которых — однофазный трансформатор мощностью 100 кВт (ток промышленной частоты). Негабаритный кусок, помещённый между двумя электродами (рис. 5), разрушается в результате теплового пробоя, нагрева и расширения токопроводящего канала в породах.

Метод отличается простотой, высокой безопасностью. Средняя энергоёмкость разрушения 20•10⁶ Дж/м³. Производительность при разрушении кварцитов с помощью установок 2УРН (Новокриворожский ГОК) 14 м³/ч. Себестоимость (карьеры Кривбасса) 0,3-0,5 руб/м³. Для разрушения полупроводящих горных пород (железистые кварциты и др.) более эффективен высокочастотный контактный способ (теплового пробоя). Между электродами происходит высокочастотный пробой (рис. 6) и в горных породах возникают термоупругие напряжения, приводящие к разрушению негабарита.

Для разрушения горных пород-диэлектриков (гранит, базальты и др.) применяется способ неравномерного диэлектрического нагрева (высокочастотный контактный способ). Электрический бесконтактный способ, т. е. ослабление пород электромагнитным полем конденсатора или соленоида, ввиду низкой производительности широко не применяется.

Развиваются процессы вторичного дробления, основанные на гидравлических способах разрушения (см. гидравлическое разрушение горных пород) и его комбинациях с другими способами. Акустические способы вторичного дробления основаны на разрушении пород колебаниями различной частоты, включая ультразвуковую область частотного спектра. Применение их эффективно главным образом в сочетании с механическими способами вторичного дробления. Процессы вторичного дробления, основанные на химических способах разрушения, отличаются малой производительностью; область их применения ограничена. Наметилась тенденция развития комбинированных способов (термомеханических, акустических, механических).