Расчёт параметров механического рыхления

Эффективность рыхления горных пород зависит от тяговых характеристик трактора, параметров рыхлителя, физико-механических свойств пород и структуры массива. Существенное влияние на производительность рыхлителя оказывают глубина погружения зуба и скорость движения рыхлителя. Эти параметры не могут приниматься произвольно, а должны рассчитываться по тяговой характеристики тяговой машины с учётом свойств рыхлимых пород.

Область применения и эффективность механического рыхления определяются степенью рыхлимости массива. Быстрое и сравнительно недорогостоящее получение необходимой информации о свойствах разрабатываемого массива дают сейсмоакустические методы исследований, основанные на изучении характера распространения упругих колебаний в массиве. Установлено, что скорость распространения упругих волн достаточно полно коррелируется с прочностью и трещиноватостью массива и может служить в качестве обобщенного показателя, учитывающего изменение этих факторов. С увеличением прочности породы скорость распространения упругих волн увеличивается, а с увеличением трещиноватости - уменьшается. Скорость распространения упругих волн в массиве горных пород и в образцах существенно различается. Это различие обусловлено структурой массива, и, прежде всего, трещиноватостью. Учитывать структурную характеристику массива рекомендуется через параметр, называемый акустическим показателем:

 

 

где υ_с – скорость распространения продольных упругих волн в массиве, м/с;

υ_у – скорость распространения продольных упругих волн в монолитном образце рыхлимой породы, м/с.

По величине акустического показателя и тягового класса трактора оптимальное заглубление зуба можно определить по предлагаемой номограмме (рис. 5) [1].

Породы вскрыши Зашуланского каменноугольного месторождения представлены четвертичными отложениями, включающими в себя почвенно-растительный слой мощностью от 0,2 до 0,6 м, суглинками мощностью от 15 до 18 метров, песчано-галечниковыми образованиями мощностью от 0,5 до 15 метров и коренными породами, состоящих из аргиллитов и алевролитов. Удельный вес вскрышных пород составляет 2,2 т/м³. Согласно геологического отчёта породы вскрыши в талом состоянии хорошо поддаются прямой экскавации и не требуют предварительного рыхления. Породы вскрыши находящиеся в мёрзлом состоянии и уголь могут разрабатываться только после предварительного рыхления. Коэффициент крепости мёрзлых пород находится в пределах 3-5 и данные породы можно отнести к классу средне- и труднорыхлимых, характеризуемых скоростью распространения продольных упругих волн в массиве в среднем 3000 м/с при акустическом показателе 0,4.

С целью оптимизации параметров подготовки пород к выемке механическим рыхлением рассмотрим три типоразмера бульдозерно-рыхлительных агрегатов различного тягового класса, в том числе ДЗ-35С (150 кН), ДЗ-94С (250 кН), ДЗ-141ХЛ (350 кН). Характеристики базовых тракторов приведены в таблице 1.

По данным номограммы величина заглубления зуба рыхлителя соответственно будет составлять 0,35; 0,51; 0,69 м.

 

Рис. 5 - Номограмма для определения возможного заглубления h_з зуба рыхлителя в зависимости от акустических характеристик массива υ_у и R, мощности тягача N и силы тяги F рыхлителя: 1,2,3,4 - при значениях υ_у соответственно 1000, 2000, 3000 и 4000 м/с

 

Выполним расчёт основных параметров рыхления для бульдозера-рыхлителя ДЗ-35С.

Определим ширину прорези понизу

в = К_з× в_з, м;

 

где в_з – ширина коронки, м;

К_з – (1 - 1,1) – коэффициент

в = 1,05×0,086 =0,09 м.

Определим ширину прорези поверху

В= в+2×К_т×h_з×ctgα, м;

 

где К_т = 0,85 коэффициент трещиноватости;

α=50⁰ – угол наклона стенок прорези;

h_з – возможное заглубление зуба рыхлителя, м.

В=0,09+2×0,85×0,35×ctg50=0,59 м.

Определим глубину эффективного рыхления

h_э=0,6 × h_з, м;

h_э=0,6 × 0,35 = 0,21 м.

Определим расстояние между соседними проходами рыхлителя

С=в+[(h_з-h_э)×2ctgα]×К_т, м;

С=0,09+[(0,35-0,21)×2ctg50]×0,85=0,29 м;

Для других бульдозеров-рыхлителей расчёт параметров механического рыхления выполнен аналогично, результаты расчётов приведены в таблице 3.

Расчёт параметров механического рыхления

Таблица 3

Наименование показателя	ед. изм	Тип бульдозерно-рыхлительного агрегата
		ДЗ-35С (150 кН)	ДЗ-94С (250 кН)	ДЗ-141ХЛ (350 кН)
Ширина прорези понизу, (в)	м	0,09	0,12	0,13
Ширина прорези поверху, (В)	м	0,59	0,85	1,11
Глубина эффективного рыхления, (hэ)	м	0,21	0,31	0,41
Расстояние между проходами рыхлителя, (С)	м	0,29	0,40	0,53