Технические науки 12

Пархоменко Р.А.

Криворожский технический университет, ассистент кафедры Электроснабжения и электросбережения

ОЧИСТКА РУДНИЧНЫХ ВАГОНЕТОК ВИБРОСПОСОБОМ И МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ НАСЛОЕНИЙ

Решение задачи экономичной и эффективной автоматизированной очистки рудничных вагонеток представляет собой, несомненно, практическое значение с точки зрения снижения транспортных издержек, обусловленных трудовыми и материальными затратами. Существуют способы ручной и автоматизированной очистки вагонеток с помощью пневматических, электромагнитных и электромеханических вибраторов. Для эффективного решения данной задачи необходимо рассмотреть вопросы, связанные с образованием рудничных наслоений, причиной возникновения и определением их характеристик.

Интенсивность постепенного наслоения мелкой фракции руд и пород зависит, в первую очередь, от склонности горной массы к склеиванию, времени контактирования , гранулометрического состава, содержания влаги , состояния внутренней поверхности днища кузова вагонетки и его конфигурации в поперечном и продольном сечениях.

Механизм образования наслоений сводится в основном к тому, что мелкие частицы руды, содержащие определенный процент влаги, вследствие вибрации вагонетки при движении её по рельсовому пути и под действием налегающего транспортируемого материала, сил поверхностного натяжения адсорбированной, адгезионной, капиллярной воды уплотняются, наслаиваясь на дне кузова, образуют среду из трех фаз: твердой , жидкой и газообразной. Существенное влияние при этом оказывает жидкая фаза, обычно представленная в шахтных условиях растворами солей, катионы которых, имея полярную валентность, ориентируют вокруг себя диполи рыхлосвязанной воды и окружают частицу, благодаря прочной электрической связи с ней. Плотность диполей воды меняется от частицы до периферийных молекул. Избыток электрического заряда периферийных молекул обуславливает липкость . В определенной мере образованию наслоений способствует также наличие в рудах и породах глинозёма.

Причинно – следственные связи образования наслоений будут неполными, если не осветить роль воздействия вибрации, сопутствующей движению вагонетки по стыкам рельсовых путей и взаимному соударению вагонеток при их движении.

Опыт эксплуатации откаточных сосудов угольных и рудных шахт свидетельствует, что в процессе доставки горной массы к рудничному двору происходит её уплотнение, а заполненные в погрузочном пункте вагонетки оказываются недогруженными. Степень уплотнения зависит от вибрационного ускорения, крупности материала и его влажности.

Исследование этого вопроса Александровой М.Н. и Ушаковым Г.А. позволили установить, что оптимальное вибрационное ускорение, обеспечивающее максимальный коэффициент уплотнения угля (15 – 16%), составляет 0,66 – 0,77 ускорения земного тяготения. Уплотнение вибрируемого материала сопровождается более интенсивным опусканием вниз мелкой фракции, в то время как более крупные кусочки поднимаются вверх. Воздействие вибрации на материал в режиме выше оптимального ускорения приводило, как показали эти опыты, к прямо противоположному результату – рыхлению материала с увеличением коэффициента пористости.

Экспериментальными исследованиями закономерностей влияния вибрации на физико-механические свойства мартитовой и гидрогематитовой руд Кривбасса установлено, что максимальное уплотнение сравнительно однородной фракции их влажностью 0,23 – 0,37 % достигается при вибрационном ускорении в два раза превышающем ускорение силы земного притяжения. При этом коэффициент пористости уменьшается примерно в 1,5 раза, а коэффициент внутреннего трения повышается, например в 1,5 раза при уменьшении пористости с 0,6 до 0,46.

Формирующиеся на дне кузова вагонетки в результате совместного действия вибрации и упомянутых ранее факторов уплотненный слой с внедренными в него мелкими осколками горной массы образует в конечном итоге связную систему частиц, агрегатная прочность которой, как показывают наблюдения, со временем увеличивается. Влияние фактора времени в нарастании сил структурного сцепления осадка подтверждаются специально поставленными экспериментальными исследованиями Кукушкина Н.А., Топешашвили Т.А. . В первой из этих работ установлен экспоненциальный характер зависимости во времени сопротивления сдвигу угольного осадка с контактирующей поверхностью. Из всех испытанных материалов, контактирующих с осадком пластин , наибольшие значения сопротивления сдвигу характерны для железа.

Замечено, что прилипание мелких частиц происходит интенсивнее в вагонетках, подверженных питтинговой коррозии и имеющих вмятины. Наоборот, образование наслоений в новых вагонетках замедляется, и они легче удаляются.

Особенно быстро нарастают наслоения в вагонетках, занятых на доставке влажных мелкозернистых руд и шлама, извлекаемого из водосточных канавок, при чистке рельсовых путей и доставке рудной массы из обводненных аккумулирующих выработок.

Изучение под микроскопом структуры налипшего слоя показало, что он представляет собой брекчию отдельных кусочков рудных и железистых пород размером от 1 до 10 – 15 мм (иногда и более) различной формы, сцементированных тонкоизмельченным рудным материалом. распределение зерен и кусочков в налипшем слое от металла к полости кузова хаотично.

Цементирующая масса состоит из тонкодисперсных рудных минералов (гематита), многоводных гидратов окиси железа, глинистых минералов (каолинит, гидрослюда). Из рудных минералов присутствует мартит в форме обособленных зерен и агрегатов. Гидроокислы железа образуют радиально – лучистые агрегаты, а зерна мартита размером до 0,1 мм иногда формируют петельчатую структуру. В приконтактном слое метала, под микроскопом, видна значительная питтинговая коррозия.

Большое содержание глинозема характерно для наслоений, которые образовываются в вагонетках при перевозке «красковых» и «краско – синьковых» руд, добываемых в основном в южной группе рудников Кривбасса. Эти руды и красковые сланцы в большей мере склонны к образованию наслоений, чем мартитовые.

Весовая влажность наслоений колеблется в пределах 1,15 – 5,52% . Очевидно такое содержание влаги в наслоениях благоприятно для проявления сил сцепления частиц друг с другом и с корродированной поверхностью кузова вагонетки. Пористость, удельный и объемный веса наслоений равны соответственно 25 – 30 %, 4,2 – 4,8 г/см, 3,04 – 3,43 г/см.Коэффициент крепости исследованных образцов наслоений находятся в пределах 0,1 – 0,6 по шкале проф. Протодьяконова М.М..

Средние результаты ситового анализа проб наслоений обследованных шахт Кривбасса : +10 мм – 14,6% , 5 – 10 мм – 9,5% , 2 – 5 мм – 15,7% , 1 – 2 мм – 17,8% , 0 – 0,25 мм – 28,8% . Из приведенных данных видно, что гранулометрический состав наслоений содержит сравнительно большое (42,4%) количество горной массы крупностью 1 – 0мм. Высокое (58,2%) содержание мелочи этого же класса крупности характерно и для наслоений угольных вагонеток . По-видимому, при формировании наслоений в условиях цикличной загрузки и разгрузки вагонеток существует определенная закономерность, обусловленная избирательной способностью слоя к мелочи класса 0 – 1 мм.

Проведенными измерениями высоты наслоения в вагонетках типа ВРГ-4 (ВГ-4) , составляющих 70% вагонного парка шахт Кривбасса, установлено, что после 3 -4 суток эксплуатации номинальная емкость вагонеток вследствие образования в них наслоений уменьшается на 6 – 17 % . При этом в 60 – 70% обследованных вагонеток уменьшение ёмкости составляет примерно 10%.

Толщина слоя в вагонетке определялась в трёх точках поперечных сечений кузова, каждое из которых выбиралось на расстоянии 0,15, 0,5 и 0,85 длины кузова вагонетки. В результате обработки статистических данных установлена средняя величина наслоений в поперечном и продольном сечениях кузова вагонетки. Высота слоя у торцов кузова на 9 – 15 % выше, чем в остальной части его, обычно распределяющегося равномерно относительно внутренней поверхности днища кузова.

Наслоения, уменьшая полезную ёмкость вагонеток, оказывают отрицательное влияние на основные показатели работы внутришахтного транспорта:

1. Снижается объем перевозимого груза внутришахтным транспортом, вследствие уменьшения полезной ёмкости вагонеток.

2. Увеличиваются энергозатраты при эксплуатации вагонеточного парка шахты.

3. Уменьшается пропускная способность скипового разгрузочного пункта

и электровозной откатки в целом в связи с неизбежными затратами времени на

выполнение операций очистки вагонеток.

4. Усложняется объективность учета доставленного в разгрузочный пункт

полезного ископаемого.

Литература

1. Кукушкин Н.А. Влияние фактора времени и материала стенки вагонетки на прилипание к ней угольной мелочи. Технология и экономика угледобычи. , Сб. трудов №10 (105) ИГД им. А.А. Скочинского , «Недра», М., 1965.

2. Топешашвили Т.А., Гончаревич И.Ф., Езикашвили О.С. О сцеплении липкой марганцевой руды с желобом виброконвейера. Известия ВУЗов , Горный журнал, № 8 , 1968.

3. Мацкевич М.К. О механизме налипания увлажненных порошков на твердые поверхности при наличии температурного поля. Инженерно – технический журнал., Том 11, № 2 , «Наука и техника» , Минск , 1966.

4. Кукушкин Н.А. Физико-механические свойства осадка в шахтных вагонетках. Проектирование и строительство угольных предприятий. № 74, «Недра», М., 1965.

5. Карнаушенко Л. И. , Бондаренко М. В. , Глушков В. О. Исследование сцепления в железных рудах. Сборник трудов «Разработка рудных месторождений» № 10 , подземные горные работы , «Техника», Киев, 1970.

6. Кондра А. С. Исследование липкости грунтов и предложения по её устранению . Горные строительные и дорожные машины. Сборник научных трудов № 3 ., М., 1966.

7. Кротова Н. А. О склеивании и прилипании. Академиздат, М., 1960.

8. Борисенко В. Г. Изучение инженерно – геологических свойств красковых и краско – мартитовых руд для целей разработки мероприятий по повышению эффективности их добычи. Рукопись, Фонд НИГРИ, г. Кривой Рог, 1965.

9. Пшеничный В.Н. Исследование и разработка комплекса пневмооборудования виброочистки вагонеток . Фонд НИГРИ, г. Кривой Рог, 1967.

10. Пшеничный В.Н., Киричук Б.Н., Омельченко А.П.. Исследование и разработка электромеханического оборудования скиповых разгрузочных пунктов шахт Кривбасса . Фонд НИГРИ, г. Кривой Рог, 1968.

11. Александрова М.Н. Качественное исследование процесса виброуплотнения угля в вагонетках . – в кн.: Применение виброочистки в горном деле , сборник статей института горного дела АН СССР. – Москва: Госгортехиздат, 1960, с.216 – 221.

12. Ушаков Г. А. Виброуплотнители для повышения грузоподъемности шахтных вагонеток. – в кн.: Применение вибротехники в горном деле , сборник статей института горного дела АН СССР. – Москва : Госгортехиздат, 1960 с. 168 – 181.

13. Карнаушенко Л.И., Бондаренко М.В., Глушков В.Е. Исследование сцепления в железных рудах. – в. кн.: Сборник трудов «Разработка рудных месторождений» № 10 , подземные горные работы , - Киев: «Техника», 1970 .

14. Шабельников Г.П., Могилевский Л.М. Влияние вибрации на показатели физико – механических свойств отбитой руды. – в кн.: Вентиляция и очистка воздуха , под научной редакцией В.В. Недина, сборник научных трудов № 3 , - М.: Недра, 1967. с.139 – 149.