Способ разработки рудных месторождений в твердых горных породах и устройство для его осуществления

 

Изобретения относятся к разработке месторождений полезных ископаемых и может использоваться при разработке в твердых горных породах и создании добычных и проходческих комбайнов. Изобретения направлены на повышение эффективности процессов добычи руды и раскрытия минералов в твердых породах. Способ разработки рудных месторождений включает разрушение, измельчение рудосодержащей породы и раскрытие минерала, которые производят одновременно с образованием при этом отделившихся зерен и кристаллов путем воздействия на поверхность рудного тела породоразрушающим элементом, имеющим физико-механические свойства, идентичные физико-механическим свойствам рудного тела. В процессе перемещения породоразрушающего элемента вдоль поверхности рудного тела на нее одновременно воздействуют вибрационным движением перпендикулярно этой поверхности. Устройство для разработки рудных месторождений горнодобычным комбайном содержит рабочий орган с породоразрушающими элементами, устройство для подачи комбайна на забой и перемещения его в забое и устройство для транспортировки отбитой породы. Породоразрушающие элементы изготовлены из монолитных целиков разрабатываемого рудного тела, образованных при внедрении в него рабочего органа, или из монолитных блоков породы. Рабочий орган выполнен с возможностью перемещения породоразрушающих элементов поступательно, вращательно или поступательно-вращательно вдоль поверхности рудного тела с колебанием их в плоскости, перпендикулярной этой поверхности. 2 н.п. ф-лы.

Изобретение относится к способам разработки месторождений полезных ископаемых и может быть использовано при создании добычных и проходческих комбайнов для открытых и подземных разработок.

Известны способы разработки рудных месторождений с помощью горнопроходческих и добычных комбайнов, состоящих из рабочего органа или органов для механического разрушения массива горной породы, устройства для подачи комбайна на забой и перемещения в забое и устройства для транспортировки массы отбитой горной породы.

При добыче с одновременным измельчением породы с применением фрез, шнеков, роторов или шарошек с твердосплавными резцами разрушение твердых горных пород происходит преимущественно по траектории движения режущих кромок резцов, а не по межкристаллитным границам. Это не позволяет обеспечить сохранение целостности и заданной крупности зерен полезных компонент, то есть обеспечить избирательное раскрытие зерен минерала. При этом на образование вскрытой поверхности минералов потребляется незначительная доля потребляемой рабочим органом энергии.

Другие известные способы измельчения и доизмельчения добытой породы, например, воздействием ударных волн, циклического нагрева и охлаждения, электрострикции и т.п., имеют еще более низкий КПД, но требуют более сложного оборудования и высококвалифицированного обслуживания.

Еще одним существенным недостатком существующих способов добычи с измельчением является то, что они не применимы при твердости вмещающих пород выше 10-12 МПа (по Протодьяконову).

Прототипом представленного изобретения по технической сути и назначению является изобретение, защищенное патентом РФ №2062325, кл. Е 21 С 41/22, 27/00, опубл. 1996 г. "Способ разработки подземных рудных месторождений и устройство для его осуществления". Сущность этого изобретения заключается в том, что разработку рудного тела осуществляют тоннельно-проходческим щитом, который извлекает породу зарубным баром, дробилкой и специальным устройством доводит ее до состояния пульпы и передает на гидротранспорт для удаления из забоя.

Недостатком данного изобретения является низкая эффективность, обусловленная, главным образом, тем, что продуктом разрушения массива породы зарубным баром является щебень с кусками породы различного размера. Для раскрытия рудного минерала этот продукт необходимо подвергать нескольким операциям дробления и измельчения в различных устройствах. В настоящее время доведение массы отбитой породы до состояния пульпы осуществляется множественным усталостно-ударнорастирающим воздействием на частицы раздробленной массы в устройствах типа, например, барабанных мельниц. Вследствие низкой избирательности раскрытия зерен минералов в таких устройствах неизбежно образование переизмельченной и недоизмельченной фракций, приводящее к потерям рудного минерала на стадии обогащения. При этом на образование вновь вскрытой свободной поверхности минералов в процессе измельчения раздробленной массы твердых горных пород в существующих устройствах для измельчения руды расходуется незначительная часть потребляемой устройством энергии.

Целью представленного изобретения является повышение эффективности процессов добычи руды и раскрытия минералов в твердых породах.

Поставленная цель достигается тем, что с целью сокращения количества операций по переработке массива горной породы и повышения эффективности образования вновь вскрытой поверхности минералов, совмещают процессы добычи рудосодержащей породы и раскрытия минерала. Для этого в горнодобывающем комбайне, состоящем из разрушающего горную породу органа или органов, устройства для подачи комбайна на забой и перемещения его в забое и устройства для транспортировки добытой породы, породоразрушающие элементы рабочего органа комбайна изготавливают из блоков породы и воздействуют на поверхность рудного тела в процессе вращательного, поступательного или вращательно-поступательного перемещения породоразрушающих элементов вдоль поверхности разрушаемого рудного тела с одновременным вибрационным движением перпендикулярно этой поверхности.

Положительный эффект достигается в результате того, что износ породоразрушающего элемента рабочего органа одновременно с разрушением поверхности рудного тела создает продукт добычи в виде измельченной породы. При этом, вследствие идентичности физико-механических свойств породоразрушающего элемента и вещества рудного тела, взаимное разрушение происходит с максимальной энергетической эффективностью, так как исключаются потери энергии на деформацию и износ твердосплавного породоразрушающего элемента и максимального использования механо-химического эффекта при трещинообразовании.

Главное достоинство представленного способа добычи заключается в преимущественно интеркристаллитном характере разрушения полиминеральных кристаллических агрегатов твердых горных пород, обусловленном существованием порога интенсивности воздействия на кристаллические агрегаты во взаимодействующих поверхностях и преимущественной однократностью разрушающего воздействия на кристаллы и зерна полезного минерала при их отделении.

Интенсивность воздействия на поликристаллическое вещество в поверхностных слоях взаимодействующих поверхностей имеет порог на уровне усталостного разупрочнения под воздействием многократных малых по величине импульсов энергии, приводящего к образованию микротрещин в зонах контактов и развитию их в магистральные макротрещины с дальнейшим разрушением поликристаллических агрегатов преимущественно по межкристаллитным границам. Кристаллические агрегаты структуры породы разделяются в поверхностном слое разрушаемой монолитной породы и в поверхности разрушающего элемента с уменьшенными потерями на пластическую деформацию в результате создаваемого пороговым воздействием предварительного разупрочнения структуры, приводящего к образованию новой свободной межкристаллитной поверхности и разрыхлению обрабатываемой поверхности породы.

Отделившиеся зерна и кристаллы выходят из зоны взаиморазрушения поверхностей рудного тела и разрушающего элемента вследствие их взаимного смещения или под воздействием охлаждающего или вентилирующего потока жидкости или газа. Полученную измельченную массу в пульпообразном или пылевом виде транспортируют, соответственно, гидро- или пневмотранспортом на устройства для последующей переработки. Технологические остатки разрушающих элементов и отколовшиеся куски породы транспортируют известными способами на установки для дробления и измельчения.

Свидетельством большей избирательности раскрытия минералов предложенным способом по сравнению с традиционными является то, что гранулометрический состав измельченной породы, полученной предложенным способом в экспериментах, в большей степени соответствует поликристаллитной структуре горных пород, чем полученный из тех же образцов пород при традиционном способе раздельной добычи и измельчения.

Горнодобычной комбайн для разработки рудных месторождений состоит из рабочего органа с породоразрушающими элементами, представляющего собой манипулятор со снабженным вибратором держателем породоразрушающего элемента (элементов), пневмоподборщика измельченной породы и движителя.

Работает комбайн следующим образом.

Движитель, колесный, гусеничный или вибрационный на упругих элементах, подает комбайн на стенку забоя и обеспечивает необходимое прижимное усилие. Манипулятор перемещает вдоль поверхности рудного тела рабочий орган с вибрирующими породоразрушающими элементами. Образующийся в результате взаимодействия породоразрушающих элементов с поверхностью рудного тела измельченный материал выпадает на пол забоя, где он засасывается щелевым диффузором пневмоподборщика и переправляется в тару или на следующий этап переработки.

Блоки породы для разрушающих элементов рабочих органов комбайнов заготавливают из целиков породы, образующихся в процессе внедрения рабочего органа в грудь забоя по определенной схеме, определяемой характером разрабатываемой залежи и способом разработки, или изготавливают из монолитных блоков породы, добываемых известными способами.

Совмещение добычи и избирательного раскрытия минералов позволяет непосредственно в забое осуществить предварительное обогащение руды и значительно уменьшить количество вещества, вынимаемого из рудника. При подземных разработках отделенная пустая порода является готовым компонентом для закладочных материалов.

Экономическая эффективность представленного способа обусловлена исключением или значительным сокращением комплекса буровзрывных работ в рудничном цикле, сокращением объемов извлекаемой из рудников породы, сокращением количества операций по подготовке руды к обогащению, улучшением гранулометрического состава подготовленной руды, сокращением объемов используемых закладочных материалов, уменьшением объемов транспортируемых материалов, значительным сокращением или полным исключением трудо- и энергоемкой процедуры измельчения породы на обогатительных фабриках.

Отдельно следует отметить улучшение производственной и экологической безопасности ведения горных работ и повышение производительности труда в пересчете на конечный продукт.

Формула изобретения

1. Способ разработки рудных месторождений в твердых горных породах горнодобычным комбайном, включающий разрушение и измельчение рудосодержащей породы, отличающийся тем, что разрушение, измельчение рудосодержащей породы и раскрытие минерала производят одновременно с образованием при этом отделившихся зерен и кристаллов путем воздействия на поверхность рудного тела породоразрушающим элементом, имеющим физико-механические свойства, идентичные физико-механическим свойствам рудного тела, при этом в процессе перемещения породоразрушающего элемента вдоль поверхности рудного тела на нее одновременно воздействуют вибрационным движением перпендикулярно этой поверхности.

2. Устройство для разработки рудных месторождений горно-добычным комбайном, содержащим рабочий орган с породоразрушающими элементами, устройство для подачи комбайна на забой и перемещения его в забое и устройство для транспортировки отбитой породы, отличающееся тем, что породоразрушающие элементы изготовлены из монолитных целиков разрабатываемого рудного тела, образованных при внедрении в него рабочего органа, или из монолитных блоков породы, а рабочий орган выполнен с возможностью перемещения породоразрушающих элементов поступательно, вращательно или поступательно-вращательно вдоль поверхности рудного тела с колебанием их в плоскости, перпендикулярной этой поверхности.