Вклад российских ученых и инженеров в совершенствование процессов подземной добычи руд

Исторические этапы развития горной техники и технологии.

История горной техники, как и техники вообще, - это история постепенной передачи машинам и приборам функций человека, история опредмечивания его физических и интеллектуальных функций.

В своем развитии горная техника прошла длинный исторический путь совершенствования. Этапы и их эволюция связаны с использованием различных энергетических источников. Рассмотрим вкратце эти этапы.

I. Биоэнергетический этап (чел. инстр. предмет труда). В качестве энергии использовалась мускульная сила человека и животного. Мускульная сила человека использовалась для привода в действия подъемных машин, вентиляции, откачки воды, отбойки и транспортировки руды.

Затем широко применялась энергия ветра и воды.

II. Этап машинного производства (человек – машина - инструмент - предмет труда). Промышленный переворот XVIII-XIX вв., с изобретением паровой машины, а затем двигателей внутреннего сгорания открыл путь машинному производству. Расширились масштабы горнодобывающей промышленности.

III. Этап электрификации: Основой современной техники механизации и автоматизации производства является электрификация.

IV. Этап автоматизации. Сущность данного этапа заключается в передаче функций управления техническим устройствам.

Вклад российских ученых и инженеров в совершенствование процессов подземной добычи руд.

Советским ученым и инженерам принадлежит приоритет в разработке научных основ проектирования шахт. Эта система расчетных методов и полученных на основе применения этих методов конкретных рекомендаций.

Аналитический метод Б.И. Бокия (1929) получил дальнейшее развитие в работах Л.Д. Шевякова, А.С. Попова.

Исследование способов вскрытия. Придается важное значение при проектировании. Б.И. Бокий в работе «Аналитический курс горного искусства» дал оригинальные решение 3-х способов вскрытия. Л.Д. Шевяков опубликовал работы по определению наивыгоднейшего места заложения стволов и размеров шахтного поля. Развитие этих вопросов нашло в 30-50 гг. в трудах П.З. Звячина, Р.А. Селецкого (ИГД им. Скочинского).

Для решение задач вскрытия наиболее часто применяется метод технико-экономического анализа и сравнение вариантов области применения различных способов вскрытия.

ИГД им. А.А. Скочинского разработал графо-аналитическое решение задачи.

Б.И. Бокий предложил аналитический метод, сущность которого заключается в попарном сравнении способов вскрытия по сумме учитываемых затрат.

В последнее время получают развитие экономико-математические методы исследования способов вскрытия с использованием ЭВМ.

Сейчас большое внимание уделяется изысканию схем вскрытия рудников крупного масштаба с большими глубинами разработки, изучению преимуществ капитальных рудоспусков и концентрации подъемно-транспортных работ, усовершенствованию выработок околоствольного двора.

Исследование подготовки шахтных полей – решается аналогичным методом решения задач вскрытия. А.М. Курносовым разработана методика сравнения экономической эффективности этажного и панельного способов подготовки.

Отбойка руды – это широкое понятие включает комплекс буровых и взрывных работ, связанный с регулированием кусковатости.

В 1935 г. впервые в мире на рудниках СССР были созданы буры, армированные твердым сплавом. Это способствовало внедрению штангового бурения. В настоящее время глубина бурения ограничена из-за низкого качества буровой стали и соединений штанг. Дробовое бурение вытеснено ударно- вращательным с погружными пневматическими молотками. В настоящее время во всех горнорудных районах страны применяется этот способ бурения (НКР-100). За внедрение его авторы коллектив под руководством Б.В. Суднишникова в 1966 г. удостоен Ленинской премии. Станки НКР-100 позволили увеличить глубину скважин (на всю высоту этажа или глубокий веер и т.д.).

Применение взрывных скважин для отбойки руд вызвало выход «негабаритов», осложнивших процессы выпуска, погрузки и транспорта.

В 1950-56 г. В.И. Терентьев первый получил аналитическую зависимость для установления оптимальной ЛНС. Следующий этап исследований провел Л.И. Барон. В.Р. Именитов исследовал влияние процесса выпуска руды на потери и разубоживания.

Проблема выхода негабарита решается в 2-х направлениях:

1. Увеличение кондиционного куска.

2. Улучшение дробления руды при отбойке (КЗВ).

В 1959-1960 г. начаты широкие исследования отбойки руды в зажатой среде глубокими скважинами. Первой работой в этой области была монография В.Р. Именитова. Он разработал метод моделирование действия взрыва в эквивалентных материалах.

Выпуск и доставка является одним из трудоемких процессов и затраты на них составляют 30-50% всех затрат на очистную выемку, оказывают решающее влияние на систему разработки и ее параметры, определяют тип и форму днища блока, величину П и R.

Основные положения теории выпуска разрабатывались С.С. Минаевым, Л.С. Тортаковским, Г.М. Малаховым.

Г.М. Малахов определил размеры эллипсоида выпуска и предложил метод расчета извлечения и разубоживания, руды в зависимости от конструктивных элементов системы разработки.

За рубежом в начале 50-60-х годов начали применять торцовый выпуск. Впоследствии он нашел применение на рудниках СССР.

Развитие вибротехники внесло новое в проблему выпуска руды. Увеличивается зона разрыхления, фигура эллипсоида выпуска в плоскости вибролотка увеличивается, что позволяет увеличить расстояние между выпускными отверстиями.

Прогрессивным способом доставки является способ использовании энергии ВВ.

Управление горным давлением. Проф. В.Д. Слесарев провел теоретические исследования по определению оптимальных размеров целиков и по управлению горным давлением. Авершин С.Г., Кузнецов Г.Н., Борисов А.А., Ветров С.В., Шевяков Л.Д.,

Акад. Агошковым М.И., Бурцевым Л.И. исследован процесс получения твердеющей гидравлической закладки из хвостов ОФ. Цыгалов М.Н.

Исследования по борьбе с горными ударами начаты, ВНИМИ в 1951 г. Установлено, что горючие удары происходят в результате хрупкого разрушения пород, сопровождающего высвобождением энергии упругих деформаций, накопленной в пласте и породах и переходом ее в кинетическую.

Разрушение горных пород.

Основоположником учения о крепости пород является М.М. Протодьяконов его в 1997 г. и создал систему в 1926 г. Руппенейт К.В., Динник А.Н., Шерман Д.И., Савин Г.Н.

В 1930 г. появились показатели буримости, зарубаемости, взрываемости – их достоинством являлось то, что они увязывались с производственными условиями. К 1970 г. по вопросам физико-механических свойств пород было опубликовано более 3000 работ.

Электрофизическое разрушение – применяется в диэлектрических породах. За счет концентрации под электродами электрического поля высокой напряженности, которое приводит к диэлектрическому нагреву зон под электродами, к образованию температурных напряжений и расколу кусков.

Разрушение радиоволнами сверхвысоких частот – в начале 1950 г. установлено, что радиоволна сверхвысокой частоты (3000 Мгц) падающая на песчаник вызывает откол тонких пластинок с его поверхности. Отсутствия достаточно мощных сверхвысоких генераторов непрерывного действия приостановило работы в этой области.

Принципиальное отличие нагрева от разрушения радиоволнами заключается в том, что радиоволновый нагрев происходит одновременно изнутри и снаружи по всем объеме одновременно.

Разрушение электрическими разрядами – отличаются взрывным характером.

Управление горным давлением.

Проф. В.Д. Слесарев определяет горное давление как силу созданную движением горных пород и их деформациями, вызванными нарушением прежде существовавшего равновесия этих пород в результате проведения горных выработок. Справедливость этого положения подтверждается практикой.

Вопросы управления горным давлением в дореволюционной России разрешались в основном с помощью эмпирических формул. Широкие научные исследования были начаты в СССР. Полученные решения позволяют подойти более правильно к решению вопросов управления горным давлением большую роль в этом сыграли: М.М. Протодьяконов, П.М. Леонтовский, Л.Д. Шевяков, П.М. Цимбаревич, В.Д. Слесарев и др.

В 1908 г. была опубликована работа М.М. Протодьяконова «Давление горных пород на различную крепь». В последующем он дал практические предложение по расчету рудничной крепи на базе обоснованной им теории свода обрушение.

Акад. Л.Д. Шевяков разработал методы определения размеров МКЦ и размеров камер и состояние кровли. Доктор П.М. Цимбаревич сделал ряд обобщений и новых дополнений о физико-механических свойств горных пород, их деформации и устойчивости обнажений горных пород и теории горного давления.

Вторичное дробление:

За последние 20-30 лет увеличилась проблема вторичного дробления. Но радикального усовершенствование этого процесса не произошло, несмотря на ряд предложений. Помимо обычных и кумулятивных зарядов ВВ созданы и испытывались прессы, электрические методы. Выяснилось, что радикальными путями этой проблемы является увеличение кондиционного куска и регулирования параметров отбойки.

Поэтому вторичное дробление должно быть сведено к минимуму.