10.4. Виды и физико-механические свойства грузов

На шахтах различают три вида грузов: насыпные (уголь, руда, порода, закладочные материалы, цемент, инертная пыль и др., наливные (вода, горюче-смазочные материалы, эмульсии и др.) и штучные (машины и оборудование, крепежные и другие вспомогательные материалы, а также люли). Насыпные грузы характеризуются крупностью кусков, насыпной плотностью, углом естественного откоса, абразивностью, влажностью, липкостью, склонностью к самовозгоранию и слеживаемости и другими свойствами: наливные — плотностью, огнеопасностью, склонностью к смерзанию; штучные — формой, габаритами и массой.

Крупность транспортируемого материала определяется его гранулометрическим составом или кусковатостью, которая, в свою очередь, характеризуется линейными размерами кусков грунта, замеряемыми по трем взаимно перпендикулярным направлениям так, чтобы в одном из них размер куска был наибольшим. Этот размер условно называют длиной куска а (мм).

Если взять пробу груза, выделить в ней группу наибольших кусков, имеющих длину от а_мах до 0,8% а_мах, и если масса этой группы кусков окажется менее 10% массы пробы, то наибольшим типичным будет кусок, длинна которого а_мах до а_мах. Если масса группы наибольших кусков превышает 10 % массы пробы, то наибольшим типичным считают кусок, длина которого а_мах = а_мах. Насыпные грузы представляют собой разнородный по крупности материал — от частиц мельче 0,05 мм до глыб размером более 1 м. Наибольшую крупность имеют руды и скальные породы при взрывном способе добычи, наименьшую — угольная пыль и мелочь (штыб) при комбайновой выемке. В зависимости от однородности состава насыпные грузы разделяют на рядовые, характеризующиеся максимальным размером куска а_мах, и сортированные — средним а'_ср, причем:

а'_ср = (а_мах + а_мин)/2 (10.1)

К рядовым относят грузы, у которых отношение максимального а_мах размера куска к минимальному а_мин равно или более 2,5; к сортированным—грузы, у которых это отношение меньше 2,5. По крупности кусков и частиц насыпные грузы разделяют на пылевидные — с размерами частиц менее 0,05 мм; порошкообразные — от 0,05 до 0,5 мм; зернистые — от 0,5 до 10 мм; мелкокусковые — от 10 до 60 мм; среднекусковые — от 60 до 160 мм; крупнокусковые — более 160 мм.

Для руды принята другая градация кусковатости: рудная мелочь - до 100 мм; средней крупности — от 100 до 300 мм; крупнокусковая — от 300 до 600 мм; очень крупная — более 600 мм. Иногда при разработке жильных месторождений из отбитой рудной массы выбирают пустую породу. В этом случае выделяют особую градацию — несортированную мелочь с размерами кусков менее 50 мм. Кусок руды с максимально допустимым размером, выдаваемый из блока для погрузки в средства транспорта, называют кондиционным. Его размер обычно бывает в пределах 300—1000 мм. Кусок руды с размерами, превышающими кондиционные, называют негабаритом. Количество таких кусков в общей массе отбитой руды, выраженное в процентах, называют выходом негабарита (обычно не превышает 5 - 10 % но при особо неблагоприятных условиях отбойки может достигать 25 - 30 %). Большой выход негабарита приводит к резкому увеличению расходов в связи с необходимостью вторичного дробления и сложностью доставки таких кусков к средствам транспорта. По максимальному размеру кусков а'_мах выбирают ширину грузонесущих элементов конвейеров и других средств транспорта, а также вместимость вагонеток, размеры выпускных отверстий бункеров и другие параметры транспортного оборудования.

Пылевидные, порошкообразные и ядовитые грузы требуют применения специальных средств транспорта, предотвращающих распыление и потери груза при транспортировании.

Насыпная плотность γ (т/м³)—масса единицы объема свободно насыпанного груза — зависит от физических свойств, степени измельчения и уплотнения материала. Насыпная плотность всегда меньше плотности γ (т/м³) материала в натуральном виде, т. е. в целике или массиве, и между ними имеется зависимость

где к_р — коэффициент разрыхления, изменяющийся от 1,1—1,4 (для мягких пород и углей) до 1,6—1,8 (для крепких руд и скальных пород).

В зависимости от насыпной плотности грузы разделяют на легкие (до 0,6 т/м³), средние (0,6—1,1 т/м³), тяжелые (1,1—2 т/м³) и весьма тяжелые (более 2 т/м³). Знать насыпную плотность грузов необходимо при определение производительности транспортных установок. Значения насыпной плотности некоторых грузов приведены в табл. 10.1.

Угол естественного откоса ρ (градус) — угол, образованный боковой поверхностью свободно насыпанного штабеля материала горизонтальной плоскостью (рис. 10.3) —зависит от внутренних сил трения между частицами или кусками материала и, следовательно, от их формы и размеров, а также от влажности и липкости материала и поэтому не является постоянным даже для одного и того же материала. Чем меньше крупность кусков и больше влажность материала, тем меньше угол естественного откоса. При встряхивании опорной поверхности с насыпным грузом, как это имеет место, например, при транспортировании материала на ленте конвейера, движущийся по роликовым опорам, угол естественного откоса уменьшается. При осыпании материала, например, при отгребании его у подошвы штабеля или при высыпании через выпускное отверстие, расположенное под штабелем, угол естественного откоса становится более крутым. Поэтому различают углы естественного откоса в покое ρ' (рис. 10.3, а), движении ρ" (рис. 10.3, б) и угол обрушения ρ_о (рис. 10.3, в), причем зависимости от условий движения ρ"= (0,35—0,7)ρ'.

Рис. 10.3. Угол естественного откоса при различных условиях образования штабеля насыпного грунта.

Угол естественного откоса влияет на площадь поперечного сечения груза, размещенного на грузонесущих элементах, и, следовательно, на производительность транспортной установки. От величины угла обрушения зависят геометрические параметры бункеров и складских помещений. Значения углов естественного откоса и углов обрушения для некоторых грузов приведены в табл. 10.1.

Абразивность — свойство грузов истирать при загрузке, разгрузке и во время движения соприкасающиеся с ними элементы транспортных установок (кузова вагонеток, желоба, ленты и др.). По степени абразивности грузы разделяют на четыре категории: А — неабразивные (в горной промышленности нет); В — малоабразивные (мокрая глина, угли, гравий); С — среднеабразивные (песок, антрацит); Д—сильно абразивные (руда, бокситы и некоторые другие). Абразивность грузов влияет на выбор средств транспорта и оборудования, предотвращающего ускоренный износ частей транспортной машины. Для этого применяют защитные футеровки грузонесущих элементов, надежные уплотнения для подшипников и ш арниров и др.

Таблица 10.1

Влажность — содержание воды в материале — определяется высушиванием в сушильном шкафу предварительно взвешенной порции груза при температуре +105° в течение 4 ч, и выражается в процентах:

W=100 (m₁ — m₂)/m₂ (10.2)

где: w — искомая влажность, %; m₁ и m₂ — масса порции груза соответственно до и после просушивания, г.

Влажность способствует слеживаемости материалов и увеличивает их липкость, а при влажности более 3 % насыпные грузы склонны к смерзанию, поэтому ее следует учитывать при выборе средств транспорта и способов хранения грузов.

Склонность к самовозгоранию проявляется у некоторых сортов каменных углей и сульфидных руд, которые, будучи раздробленными, интенсивно окисляются на воздухе, в результате чего происходит нагревание с выделением большого количества тепла и образование очагов самовозгорания.

Поэтому при длительном хранении таких грузов необходимо предусматривать профилактические противопожарные меры (ограничение высоты штабеля, систематический контроль температуры и др.).

Склонность к сводообразованию, т. е. самопроизвольному возникновению сводов над выпускными отверстиями бункеров, рудоспусков, блоков и т. п., препятствующих свободному истечению насыпного груза из отверстий, обусловливается слеживаемостью, смерзаемостью и липкостью насыпного груза.

Имеют значение также кусковатость груза и размеры выпускного отверстия, так как крупные куски при малых размерах выпускного отверстия способствуют сводообразованию.

Поэтому при выборе размеров выпускного отверстия учитывают не только склонность материала к сводообразованию, но и его кусковатость. В целях предотвращения сводообразования в конструкциях бункеров предусматривают обрушающие устройства, например пневмоотбойники и др.

При транспортировании следует учитывать также хрупкость, ядовитость и другие особые свойства грузов.

Перевозка насыпных грузов неизбежно сопровождается их измельчением. Особенно интенсивно грузы измельчаются в пунктах перегрузки, бункерах, рудоспусках, на складах и при транспортировании по почве выработок или желобам скольжением или волочением. Повышенный выход мелочи для ряда грузов нежелателен, так как при этом значительно снижается их стоимость, увеличиваются затраты на обогащение и технологическую переработку. Это прежде всего относится к коксующимся и энергетическим углям, слюде и некоторым другим материалам, измельчение которых резко снижает их стоимость.

Снизить измельчение грузов можно соответствующим выбором средств и схем транспорта, при которых отсутствуют или сведены к минимуму промежуточные перегрузки и истирание I транспортируемого материала на грузонесущих элементах транспортных установок, а пункты неизбежных перегрузок, бункера и склады продукции выполнены с соблюдением условия: минимального дробления и истирания груза

Не менее важное значение имеет предотвращение чрезмерного засорения грузов породой при перемещении их по почве выработоки, что достигается соответствующим выбором режима работы транспортной установки, применением специальных направляющих для скреперов и другими мероприятиями.

Наливные грузы — вода, горючие и смазочные материалы для самоходного оборудования, масло и эмульсии для механизированных крепей, пусковых и предохранительных гидромуфт конвейеров и другое — перевозят в канистрах, специализированных вагонетках или автоцистернах. При транспортировании и хранении горюче-смазочных материалов в шахтах должны строго выполняться предусмотренные правилами безопасности меры предосторожности.

Штучные грузы разделяют на непосредственно штучные и тарные. К непосредственно штучным грузам относят машины и оборудование, рельсы, трубы и др. Эти грузы характеризуются формой, габаритами и массой, которые определяют тип и размеры грузонесущих элементов средств транспорта для их перевозки. К тарным грузам относят насыпные или мелкие штучные грузы, перевозимые в контейнерах, пакетах или другой специализированной таре. Применение контейнеров, пакетов и т. п. для перевозки массовых вспомогательных материалов сокращает число промежуточных перегрузок и способствует сокращению трудоемкости транспорта.

Для перевозки людей к месту работы и обратно применяют специализированные средства транспорта: пассажирские вагонетки, канатно-кресельные дороги, грузо - людские ленточные конвейеры и другие средства транспорта.