6.1. ВИДЫ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДЫ ИХ РАЗРУШЕНИЯ

Каменные материалы используются в транспортном строитель­стве в виде гравия и щебня, добываемого разработкой естествен­ных залежей и разрушением скальных монолитов из изверженных, осадочных и видоизмененных пород. Независимо от способа до­бычи каменный материал в дальнейшем обязательно проходит стадию измельчения и от его прочностных свойств зависит вы­бор способа разрушения. Для сравнительной оценки горных по­род по прочности в нашей стране широко используется шкала М.М.Протодьяконова (табл. 6.1), в соответствии с которой проч­ность породы оценивается коэффициентом крепости - безразмер­ной величиной, равной одной десятой временного сопротивления породы сжатию, измеренного в МПа.

Таблица 6.1 Классификация крепости пород по М. М. Протодьяконову

182

Окончание табл. 6.1

Коэффициенты крепости гранитов и известняков, обычно ис­пользуемых для получения щебня, лежат в диапазоне от 2 (для наи­менее прочных известняков) до 20 (для некоторых видов гранита). Чем более ответственным является сооружение, тем более проч­ные сорта щебня применяются при его возведении.

6.2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОБЫЧИ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Добыча каменных материалов ведется как обычными строитель­ными машинами, так и специально предназначенными для работы в карьерах. К ним относятся бурильные машины, разбуривающие шпуры и скважины в наиболее прочных скальных массивах для разрушения их взрывом, карьерные одноковшовые экскаваторы -прямые лопаты (рис. 6.1) и драглайны (рис. 6.2), разбирающие проч­ную взорванную и более слабую невзорванную породы, а также самоходные фрезы (рис. 6.3), сконструированные для переработки в щебень известняковых массивов.

Бурильные машины для разрушения горной породы (рис. 6.4) используют ударные, вращательные, ударно-вращательные и не­традиционные способы действия. Ударные машины применяются для бурения крепких и средних пород, вращательные - средних и мягких пород, ударно-вращательные - очень крепких и крепких пород.

Нетрадиционными называются способы бурения, успешно прошедшие лабораторные и полевые испытания, удачно реали­зованные в конструкторских разработках, но не нашедшие мас-

183

Рис. 6.1. Карьерный экскаватор на разборке взорванной горной породы

Рис. 6.2. Схема эскаватора-драглайна

184

Рис. 6.3. Фреза для переработки мягких горных пород в щебень

сового применения по организационным, экономическим или иным причинам. К ним относятся:

термический способ бурения, при котором порода прожигается плазмой, подаваемой со скоростью до 2 000 м/с при температуре 2500...3500 °С;

гидродинамический способ бурения, при котором порода разрушается струей воды, подаваемой под давлением не менее 50 МПа;

электрогидравлический способ бурения, при котором порода разрушается высокочастотными гидравлическими ударами, сопро-

Бурильные установки

Способы бурения

Рис. 6.4. Классификация буровых установок

185

вождающими кавитацию жидкости, возникающую в результате электрических микроразрядов;

способ ультразвуковой эрозии, при котором порода разруша­ется абразивными частицами (в том числе и продуктами разруше­ния), беспорядочно двигающимися под действием ультразвука в суспензии, подаваемой в забой.

Установки ударного бурения делятся на перфораторы для буре­ния шпуров диаметром до 75 мм и глубиной до 9 м и станки удар­но-канатного бурения для бурения скважин диметром до 300 мм и глубиной до 40 м.

Перфораторы. Перфораторы являются инструментом ударно-по­воротного действия и применяются для бурения крепких пород и пород средней крепости (рис. 6.5). Перфораторы обычного типа ра­ботают с частотой до 30 Гц, быстроударные - с частотой от 35 Гц и выше. Ручные легкие и средние перфораторы используют при гори­зонтальном бурении или бурении сверху вниз. Легкие перфораторы массой до 18 кг применяются для бурения пород с коэффициентом крепости до 10, средние перфораторы массой до 25 кг - не выше 15; тяжелые ручные перфораторы массой не более 35 кг - до 20.

^Колонковые перфораторы используют для бурения пород сред­ней крепости и крепких. Они устанавливаются на распорных ко­лонках, буровых каретках (рис. 6.6) и манипуляторах погрузочных и специальных машин. Телескопные перфораторы применяют при бурении снизу вверх вертикально и с отклонением до 45° пород

Перфораторы

любой крепости. Установки отличаются обязательным наличием устройства принудительной осевой подачи бурового инструмен­та. Устройство и принцип работы перфоратора независимо от типа и размера (рис. 6.7) определяются характером используемого энер­гоносителя (сжатый воздух или масло) и особенностями распреде­лительных устройств.

Работает перфоратор следующим образом. При движении порш­ня вниз воздух из-под него выходит через канал 2, пока стенка порш­ня не перекроет отверстие. Продолжая двигаться по инерции вниз, поршень вытесняет воздух через канал 8 в камеру 7, из-за чего заслон­ка 5 закрывает канал 4. В результате упругого удара бойка о хвосто­вик бура поршень отбрасывает вверх. При движении вверх его стенка

Частота ударов

Способ применения

Способ очистки шпура

186

Рис. 6.5. Классификация перфораторов

Рис. 6.6. Колонковый перфоратор на самоходной бурильной каретке

187

снова закрывает канал 2, воздух над поршнем сжимается и открывает канал 4, закрывая заслонкой 5 ка­нал 8. Затем цикл повторяется.

Ударно-поворотными перфора­торы называются потому, что бла­годаря специальному храповому колесу бур после удара о породу поворачивается на небольшой угол. Это обеспечивает равномер­ный износ инструмента и концен­тричность пробуриваемого отвер­стия, что исключает заклинивание инструмента в шпуре.

Бур перфоратора состоит из ко­ронки, являющейся разрушающей частью инструмента, непосред­ственно взаимодействующей с по­родой, стержня, на нижний конец которого надевается или наварива­ется коронка, и хвостовика, зак­репляемого в перфораторе и вос­принимающего удары его бойка. На рабочем торце коронки прива­риваются твердосплавные долота (рис. 6.8), которые и разрушают породу. Звездчатые и крестовые коронки применяются при бурении весьма крепких пород, двухдолот-чатые •- при бурении трещиноватых пород и однодолотчатые - в осталь-

nvypw,u, и идпидили гчатые — в осталь­ных случаях. Стержни буров изготавливаются из высококачествен­ных углеродистых сталей и имеют осевое отверстие по всей длине.

Рис. 6.8. Расположение твердосплавных долот на рабочей поверхности коронок

буров перфораторов (вид снизу):

а - однодолотчатая; б - двухдолотчатая; в - крестовая; г - звездчатая; / - долото; 2 - тело

коронки

188

Отверстие служит для подачи в зону бурения промывочной жидко­сти или сжатого воздуха, которые выносят из шпура или скважины продукты разрушения и одновременно охлаждают инструмент.

При необходимости создания дополнительного осевого усилия подачи при бурении перфоратором наклонных шпуров использу­ются пневмоподдержки. Общим для этих механизмов является те­лескопическая трубчатая конструкция, устанавливаемая в забое под нужным углом и при раздвижении с помощью сжатого воздуха осу­ществляющая осевую подачу перфоратора.

Станки ударно-канатного бурения. При ударно-канатном бурении порода разрушается от ударов, наносимых периодически падающим на дно скважины буровым снарядом (рис. 6.9). Буровой снаряд со­стоит из долота, навинчиваемого на нижний конец штанги снаряда, и канатного замка, обеспечивающего надежное соединение снаряда с подъемным канатом и навинченного на верхний конец штанги.

По форме ударной части долота различают плоское (с голов­кой в форме зубила) долото, применяемое для бурения нетрещино­ватых пород, крестовое (с одинаковыми и разновысокими голов­ками) долото, используемое при бурении трещиноватых пород, и фасонное (копытное), с седловидной рабочей поверхностью. При ударе о дно скважины долото крошит породу, выбивая в ней ка-

Рис. 6.9. Схема станка ударно-канатного бурения:

1 - буровой снаряд; 2 - грузоподъемный канат; 3 - направление движения грузового

каната; 4 - головной блок; 5 - мачта; 6 - подкос; 7 - оттяжной блок, 8 - направление

вращения кривошипного колеса; 9 - подъемный барабан; 10 - направляющий блок;

11 - кривошипное колесо, 12 — шатун

189

навку, затем, поднимаясь, оно немного поворачивается и следую­щий удар образует канавку рядом с первой. Куски породы, оказав­шиеся между канавками, скалываются, благодаря чему и происхо­дит углубление скважины. Продукты разрушения удаляются из скважины промывочной жидкостью, подаваемой с поверхности и вычерпываемой так называемым желоночным устройством.

Буровой снаряд ударяется о дно скважины с частотой до 1 Гц, благодаря оттяжному блоку, соединенному с шатуном ударного кривошипно-шатунного механизма. В ходе этих колебаний снаряд поднимается над дном скважины на высоту 0,6... 1,3 м, падает вниз и снова поднимается. Общая длина каната регулируется подъем­ным барабаном таким образом, чтобы при неподвижном снаряде долота не доставали до дна скважины на 20... 50 мм. Благодаря этому канат все время находится в натянутом состоянии и испыты­вает меньшие динамические нагрузки при подъеме бурового сна­ряда, так как работает в режиме «подъем с веса». Станки ударно-канатного бурения устанавливаются на рамах с полозьями или са­моходных, чаще гусеничных шасси, и оснащаются приводом от дви­гателя внутреннего сгорания или от стационарной электрической сети. Поскольку эти установки не перебрасываются собственным ходом на значительные расстояния, к их ходовой трансмиссии и движителю серьезных требований не предъявляется.

Производительность станков ударно-канатного бурения (Пуд) из­меряется в сантиметрах скважины, пробуренной в единицу времени, поэтому размерности величин, входящих в формулу для ее расчета, не всегда совпадают с единицами измерения, предусмотренными СИ:

42тснйпод"уА

где гасн - масса бурового снаряда, приходящаяся на 1 мм диаметра скважины, кг/мм (для слабых пород - 2, для пород средней крепос­ти - 4, для крепких пород - 6,5); /гпод - высота подъема бурового снаряда, м; иуд - частота ударов снаряда о дно забоя в минуту; ke -коэффициент использования времени смены; а - удельная работа, затрачиваемая на разрушение 1 м3 породы (табл. 6.2); rfCKB - диа­метр скважины, см.

Таблица 6.2

Удельная работа разрушения для разных пород

190

Станки вращательного бурения. Станки вращательного бурения (рис. 6.10) выгодно отличаются высокой производительностью, отсутствием пыли и низким уровнем шума при работе, а также лег­костью механизации и автоматизации основных и вспомогательных рабочих операций. Они рассчитаны на бурение скважин диамет-

Рис. 6.10. Установка для вертикального вращательного бурения с пневмати­ческим приводом бурильного снаряда и гидравлической осевой подачей

191

ром от 100 до 300 мм и глубиной до 40 м и более. Рабочим органом станка является буровой снаряд, погруженный в скважину.

Порода на дне скважины разрушается буровыми коронками -твердосплавными, шарошечными, дробовыми или алмазными (рис. 6.11). Для бурения скважин больших диаметров в крепких по­родах вместо коронок с долотами применяют трубчатые буры, ре­жущая кромка которых армирована твердосплавными резцами или алмазной крошкой.

При правильном выборе типа коронки станок может бурить породы любой крепости. Осевая подача бурового снаряда в сква­жину может происходить под действием его собственной массы, либо осуществляться принудительно механизмом подачи. Встре­чаются гидравлические, пневматические, реечные, винтовые и ка-натно-блочные механизмы подачи. От бурового снаряда на поверх­ность выходит полая буровая штанга, через которую в забой зака­чивается промывочная жидкость (обычно - глинистый раствор с плотностью, близкой к плотности разрушаемой породы), вода или воздух, очищающие скважину от продуктов разрушения. Некото­рые типы бурильных станков удаляют продукты разрушения из

скважины спиральной штангой (вариант вертикального винтового конвейера) либо извлекают породу в виде цилиндрического образ­ца ненарушенной структуры (керна), используемого для исследо­вания геологического строения участка.

При бурении глубоких скважин в непрочных или нестабильных породах используют обсадные трубы, предохраняющие стенки скважины от оседания или обрушения, что чревато защемлением бурильной штанги и потерей бурильного снаряда. В последние годы широкое применение нашли небольшие буровые установки направ­ленного бурения наклонных скважин под естественными прегра­дами и искусственными сооружениями для бестраншейной проклад­ки различных коммуникаций (рис. 6.12).

Станки ударно-вращательного бурения применяются для буре­ния крепких и очень крепких пород. Внедрение долот бурового снаряда в породу происходит под воздействием осевого усилия, возникающего в результате удара, и тангенциального сдвигающе­го усилия, возникающего в результате принудительного вращения буровой коронки. Благодаря совместному действию этих факто­ров процесс бурения ускоряется.

Рис. 6.11. Коронки и долота, используемые при вращательном бурении

2345

ас. 6.12. Станок наклонного вращательного бурения для бестраншейной

прокладки коммуникаций:

1 - комплект штанг для бурения длинных скважин; 2 - буры-фиксаторы, заворачиваю­щиеся при работе в грунт и позволяющие создавать напорное усилие; 3 - гидромотор привода штанги; 4 - захват бурильной штанги, перемещающийся по направляющим;

5 - бурильная штанга

192

Шестопало»

193

6.3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ КАМЕННЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Фракционный состав каменных материалов, т. е. процентное со­держание кусков различных размеров в общей массе, добытых взры­вом или разборкой массива одноковшовыми экскаваторами, но­сит случайный характер, а размеры их кусков могут отличаться друг от друга в десятки, сотни и тысячи раз. Исключение составляет материал, добываемый самоходными фрезами, но этот способ мало известен и пока пригоден только при разработке известняков.

Выравнивание фракционного состава каменных материалов на первом этапе осуществляется дроблением наиболее крупных их кусков. Различают крупное, среднее и мелкое дробление. При круп­ном дроблении получаются куски размером не более 300...70 мм, при среднем - 70...20 мм и мелком - 20... 1 мм. Степень измель­чения каменного материала оценивается отношением попереч­ного размера кусков материала до дробления к такому же раз­меру кусков продукта дробления. При крупном дроблении эта величина составляет не более 8, при среднем и мелком - не бо­лее 12.

Фракции щебня, применяемые в транспортном строительстве, мм

Высевки.

Каменная мелочь.............................................................. 5... 10

Клинец........................................................................... 10... 15

Щебень:

мелкий...................................................................... 15... 25

средний..................................................................... 25... 40

крупный.................................................................... 40... 70

гигантский (изверженных пород)................................ 70... 120

гигантский (осадочных пород).................................... 80...150

Установки, измельчающие каменные материалы до размеров щебня, называются камнедробилками, и используется для получе­ния щебня, размеры кусков которого позволяют подвергнуть его дальнейшей сортировке и обогащению. По принципу действия и устройству различают щековые, конусные, молотковые, ударные и валковые камнедробилки.

Щековые камнедробилки. Щековые камнедробилки (рис. 6.13) используются для крупного и среднего дробления пород средней крепости и крепких. Щековые дробилки с простым качанием щеки (рис. 6.14) раздавливают куски породы, загружаемые в клиновид­ный зазор между подвижной и неподвижной щеками. Все точки подвижной щеки и закрепленной на ней дробящей плиты движут­ся по концентрическим дугам с центром в точке подвески щеки. По мере измельчения куски породы опускаются под действием соб-

194

Рис. 6.13. Внешний вид щековой камнедробилки

ственной массы к разгрузочно­му отверстию. Минимальный размер кусков раздробленного материала определяется зазо­ром между нижними кромками дробящих плит при макси­мальном отходе подвижной щеки.

Щековые дробилки со слож­ным качанием щеки (рис. 6.15) отличаются сложной траекто­рией движения подвижной дробящей плиты. Ось подвески подвижной щеки движется по окружности с центром, лежа­щим на оси вращения эксцент­рикового вала, а нижняя кром­ка дробящей плиты движется по дуге с центром в точке упо­ра распорной плиты в клино­вой механизм. Благодаря тако­му устройству каждая точка подвижной дробящей плиты, лежащая выше ее нижней кром­ки, описывает траекторию в

виде вытянутого эллипса. При этом куски породы, загруженные в клиновидный зазор между под­вижной и неподвижной щеками, не только раздавливаются, но и истираются, а направление дви­жения подвижной щеки способ­ствует затягиванию дробимого материала в сужающуюся часть зазора.

Внутренние боковые поверх­ности камеры дробления за­щищены от соприкосновения с породой клиньями, которые од­новременно прижимают непод­вижную дробящую плиту к ста­нине машины. Подвижная щека защищена подвижной дробя­щей плитой, которая прижи­мается к ней клиновидными на­кладками, фиксируемыми бол­тами.

Крупность дробления регу­лируется изменением величины

зазора между нижними кромками дробящих плит, для чего щеко-вые дробилки оснащаются специальными регулировочными уст­ройствами. В них используются регулировочные подкладки или клиновые механизмы, меняющие положение опорной подушки относительно станины, а также сменные распорные плиты разной длины.

Производительность щековой дробилки (Пщ) определяется по формуле

+ S,

п,„ =

2tgoc

где емт - минимальный зазор между нижними кромками щек; 5ход - ход подвижной щеки; Ьшир - ширина подвижной щеки на уровне загрузочного отверстия дробилки; совал - угловая скорость эксцентрикового вала дробилки; kpux - коэффициент разрыхле­ния материала при дроблении (0,65); упор - объемная масса дроб­леного материала; а - угол между дробящими плитами (угол за­хвата).

Конусные камнедробилки. Конусные дробилки (рис. 6.16) под­разделяются на дробилки с крутым конусом для крупного дробле­ния и пологим - для среднего и мелкого. Коническая внутренняя

196

поверхность дробильной камеры дробилки с крутым конусом об­ращена раструбом вверх.

В одном из конструктивных вариантов (рис. 6.17) дробящий конус, обращенный юбкой вниз, закреплен на вертикальном валу, расположенном в центре дробильной камеры. Верхний конец вала дробящего конуса, выступающий над дробильной камерой, подве­шен к траверсе, относительно которой может свободно вращаться я покачиваться. Нижний конец вала дробящего конуса, продолжа­ющийся под дробильной камерой, свободно входит в находящий­ся под ней стакан, вертикальная ось которого сдвинута от оси вра­щения.

Рис. 6.16. Устройство конусной дробилки;

ik клиноременной передачи; 2 - конический редуктор; 3 - опорная пята (, вала конуса; 4 - вал конуса; 5 - стакан-эксцентрик; 6 - дробящий конус; 7 - предохра­нительные пружины, пропускающие недробимые предметы; 8 - загрузочный бункер

197

Вращение стакана, приводящегося механической трансмиссией от элект­рического двигателя, заставляет ниж­ний конец вала двигаться по окружно­сти, центр которой смещен от оси вала на величину эксцентриситета. Все точ­ки поверхности дробящего конуса так­же двигаются по концентрическим ок­ружностям с эксцентриситетом, умень­шающимся по мере приближения к ме­сту подвески вала. Вследствие этого зазор между вращающимся дробящим конусом и стенкой дробильной каме­ры постоянно меняется. Когда в дро­бильную камеру загружается измель­чаемая порода, конус начинает пере­катываться по ее кускам, прижимая их к неподвижным стенкам дробильной камеры и, вследствие этого, разрушая. По мере перекатывания конуса щель между стенкой камеры и конусом увеличивается, разрушаемая порода по мере измельчения опускается вниз и высыпается из камеры дробления. В другом конструктивном варианте ось конуса движется по окружности, со­храняя вертикальное положение, бла­годаря цилиндрической эксцентрико­вой втулке, вращающейся относитель­но неподвижной оси. Производительность конусной дробилки (Пкон) с крутым конусом можно рассчитать по уравнению

Z7twKOHr3KC

(tgCG, + tg(X2

где dKOH - диаметр основания дробящего конуса; гэкс - эксцентри­ситет эксцентрикового вала или втулки; с1щеп - минимальное рас­стояние между поверхностям стенки камеры дробления и кону­са в момент их сближения; &раз - коэффициент разрыхления дроб­леной породы; ks - коэффициент использования времени смены; оовал - угловая скорость эксцентрикового вала или втулки; а, - ос­трый угол между стенкой камеры дробления и вертикалью; ос2 -острый угол между образующей поверхности дробящего конуса и осью вала.

Дробилки с пологим конусом (рис. 6.18) отличаются увеличен­ным углом между образующей конуса и осью вала. Верхний ко-

198

нец вала дробящего конуса та­ких дробилок не закреплен, по­этому все нагрузки восприни­маются его нижней частью, ко­торая гораздо длиннее и разме­щена в более высоком эксцент­риковом стакане. Особенно­стью дробилок с пологим кону­сом является параллельность поверхности дробящего конуса стенке камеры дробления в ниж­ней ее части, благодаря чему готовый щебень отличается бо­лее равномерным фракционным составом.

Производительность дро­билки с пологим конусом (Ппол) можно рассчитать по формуле

кон   шел щ

«вал

где u?koh - диаметр основания дробящего конуса; <5?щел - ширина щели в параллельной зоне; /щел - длина параллельной зоны; А:раз -коэффициент разрыхления дробленой породы; kB - коэффициент использования времени смены; совал- угловая скорость эксцент­рикового стакана.

Молотковые и ударные камнедробилки. Молотковые дробилки (рис. 6.19) и дробилки ударного действия применяют при дробле­нии малоабразивных довольно крепких и крепких пород на мел­кие фракции щебня. Изменяя форму и массу молотков, дробилки можно приспособить для дробления материалов любой твердости и структуры. Преимуществом этих машин также являются высо­кая степень измельчения и нетребовательность к предварительно­му измельчению породы. Твердость и сопротивляемость породы влияют на энергоемкость процесса дробления этими машинами зна­чительно меньше.

Куски породы, попадая в камеру дробления (рис. 6.20), разби­ваются ударами молотков, шарнирно или неподвижно закреплен­ных на роторе с частотой вращения до 2000 мин"1. Камни, разбива­емые молотками, отбрасываются ими же на колосниковую решет­ку или бронированную стенку дробильной камеры с силой, доста­точной для еще большего их измельчения. Часть стенки камеры дробления выполнена в виде колосниковой решетки, через кото­рую достаточно измельченный щебень проваливается в приемный бункер. Остающаяся в камере дробления порода подвергается даль-

199

Рис. 6.19. Внешний вид молотковой ударно-отражательной дробилки со сварной

станиной. Загрузочное отверстие закрыто цепным пологом, предотвращающим

вылет рикошетирующих камней

 Дробимый материал

Рис. 6.20. Схема однороторной молотковой дробилки:

/ - свободно подвешенный молоток; 2 - воздуховод для отсоса пыли; 3 - станина дро­билки; 4 - днище камеры дробления в виде колосникового грохота; 5 - ротор; 6 - стенка камеры дробления, играющая роль отражательной плиты

200

цейшему измельчению, так как зазоры между молотками и корпу­сом дробилки не оставляют «мертвых» зон, в которых могут скап­ливаться нераздробленные куски.

Различают одно- и двухроторные дробилки с однорядными и многорядными реверсивными и нереверсивными роторами и сво­бодно подвешенными или жестко закрепленными молотками. В дро­билках с нереверсивными роторами используются реверсивные мо­лотки, которые можно переворачивать другой стороной по ходу вращения ротора при предельном износе первой.

Фракционный состав готового продукта зависит от скорости вращения ротора (или роторов), а также формы и массы молотков, которая колеблется в диапазоне от 3 до 150 кг.

Для ориентировочной оценки часовой производительности мо­лотковых дробилок (Пмол) можно воспользоваться формулами:

-^ ' ^

или

-р.       _ "иез"рот'рот^рот

мол"  3600(}с-1)

где й?рот - диаметр наружной окружности вращения молотков ро­тора; /рот - длина ротора; А:нез - коэффициент, отражающий влия­ние конструкции дробилки и твердости дробимого материала (/снез = 0,2); лрот - частота вращения ротора, мин'1; % - степень дроб­ления.

Валковые камнедробилки. Рабочими органами валковых кам­недробилок являются два параллельно расположенных цилиндри­ческих барабана с гладкими, ребристыми или кулачковыми повер­хностями (рис. 6.21) и независимым или механически согласован­ным приводом. При работе валки вращаются навстречу друг дру­гу так, что порода затягивается в зазор между ними, где раздавли­вается валками.

Подшипниковые узлы одного из валков закреплены на раме машины неподвижно, узлы второго установлены в скользящих опо­рах, позволяющих валку отходить при попадании в зазор крупно­го недробимого предмета и допускающих регулировку зазора меж­ду валками. Дробилки с гладкими вальцами позволяют получать Щебень более мелких фракций, но из-за малого сцепления дроби-Мой породы с металлом вальцев степень измельчения у них неве­лика. Для улучшения этого показателя поверхности вальцев дела­ют ребристыми или кулачковыми. Степень измельчения при этом повышается, но увеличивается фракционная неоднородность дроб­леного продукта.

Валковые дробилки применяют для мелкого дробления в каче­стве установок второй ступени при многоступенчатой организа-

201

Рис. 6.21. Схема валковой дробилки с зубчатыми валками: 1 - дробящий зубчатый валок на неподвижных опорах; 2 - дробящий зубчатый валок на скользящих опорах; 3 - фиксатор скользящей опоры; 4 - пружина сжатия, позволяющая валку отодвигаться при попадании между валками недробимого предмета; 5 - подшип­никовая опора, скользящая в направляющих; 6 - элемент станины дробилки

ции процесса дробления, так как они характеризуются относитель­но небольшой степенью дробления. Производительность валковых дробилок (Пвал) можно рассчитать по формуле

(6.7)

«ва

где й?вал - диаметр вальца; й?щел - зазор между вальцами; /вал - длина вальца; kpa3 - коэффициент неполноты загрузки и разрыхления дроб­леной породы (0,1... 0,4); kE ~- коэффициент использования време­ни смены; совал - угловая скорость вальцев.

Характеристики отечественных дробилок приведены в табл. 6.3 и 6.4.

Дробящие органы и внутренние поверхности дробильных ка­мер всех типов дробилок относятся к тяжело нагруженным дета­лям, так как испытывают большие деформирующие нагрузки, под­вергаются сильным ударам и интенсивному износу. Поэтому их изготавливают из сталистых чугунов, кованых высокоуглеродис­тых, специальных и износоустойчивых марганцовистых сталей, обеспечивающих надежную и безотказную работу машин в тече­ние длительного времени.

Серьезной проблемой, сопровождающей измельчение каменных материалов, является пылеобразование. Камнедробилки - мощные источники пыли, опасной для людей, живой природы и машин. Для борьбы с пылью пылящие зоны закрываются кожухами, воздух из них отсасывается и очищается, а дробимый материал и зоны дробления увлажняются распылением воды, тумана или насыщенного пара.

202

Таблица 6.3

Характеристики отечественных дробилок для дробления горных пород с пределом прочности при сжатии до 300 МПа

Таблица 6.4

Характеристики отечественных дробилок

203

Окончание табл. 6.4

6.4. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИИ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изготовление дорожно-строительных материалов с гарантиро­ванными свойствами предъявляет строгие требования к фракци­онному составу используемых в качестве компонентов измельчен­ных каменных материалов. Технологические операции, позволяю­щие добиваться заданного фракционного состава щебня, гравия, песка и других минеральных наполнителей, называются обогаще­нием и классификацией. Обогащение - это удаление из материала непригодных примесей и включений. Классификация - это сорти­ровка материала на фракции, различающиеся крупностью входя­щих в них частиц.

В промышленности строительных материалов для обогащения и классификации используют просеивание и промывку. Просеи­вание позволяет сортировать каменные материалы по фракциям, т.е. по размерам частиц. При промывке материал очищается от глинистых и пылеватых частиц, ухудшающих качество конечного продукта.

Грохоты. Для просеивания используются установки, называе­мые грохотами (рис. 6.22), поэтому сам процесс часто называют грохочением. Для предварительной классификации материала, по­ступающего на дробление с места добычи, как правило, применя­ются колосниковые (неподвижные и подвижные) грохоты, разде­ляющие всю массу поступающей породы на группы фракций, тре­бующих той или иной степени измельчения. Колосниковыми эти

204

Грохоты

Неподвижные

Барабанные

Рис. 6.22. Классификация грохотов по принципу действия

грохоты называются благодаря колосникам - решеткам из проч-ных, параллельно установленных брусьев (рис. 6.23), способных выдержать не только вес, но и удары массивных кусков породы, сбрасываемых на них из кузовов транспортных средств, ковшей добычных машин и с загрузочных эстакад. Колосники устанавли­ваются под наклоном, и материал просеивается, двигаясь по ним под действием собственной массы.

При отделении крупных включений угол наклона не должен превышать 12°, при отделении мелких включений - 45 ... 55°. Не­габарит, не прошедший в зазоры между колосниками, отправляется на дополнительное измельчение. Подвижные колосниковые грохо­ты используют в качестве питателей камнедробилок. Производитель­ность колосникового грохота (Пкол) можно рассчитать по формуле

Пкол =

где Ьгр - ширина грохота; /гсл - условная высота слоя материала на колосниках (0,24); оснак - угол наклона колосников; &сит- коэффици­ент влияния вида просеивающей поверхности; р - насыпная плот­ность материала.

При большом содержании в дробимой массе камней, размером более 700 мм, крупных кусков глины и значительной загрязненно-! сти производительность следует уменьшить на 20%.

Значения коэффициента влияния вида просеивающей поверхности

Каскад сит...................................................................................................... 1>0

Плоское сито............................................................................................... 0,85

Криволинейное сито................................................................................. 1>50

В барабанных цилиндрических (рис. 6.24) и конических (рис. 6.25) грохотах используются колосниковые, кованные, сварные и про­сечные сита. Просеиваемый материал подается ленточным или скребковым конвейером внутрь барабана. Цилиндрические бара­баны устанавливаются под углом 5... 7 ° к горизонту, оси кониче­ских барабанов не наклоняются, так как коническая поверхность

205

барабана расположена под углом к горизонту. Стенки барабана состоят из сит, расположенных последо­вательно или коаксиально, т.е. одно в другом. Бара­бан опирается бандажами на опорные и упорные ро­лики либо осевыми цапфа­ми - на подшипниковые

узлы. Привод осуществляется либо открытой зубчатой парой, со­стоящей из звездочки на валу электродвигателя или гидромотора и зубчатого колеса, охватывающего барабан снаружи, либо через редуктор - на одну из осевых цапф. При вращении барабана сор­тируемый материал перемещается вдоль барабана, проходя снача­ла через самые мелкие, а затем все более крупные сита. Куски по­роды, не прошедшие ни в одно сит, выходят с противоположного конца барабана и отправляются на повторное дробление.

Барабанные грохоты иногда используются не только для про­сеивания, но одновременно и для мойки щебня в дополнительной секции со сплошными цилиндрическими стенками. Они отличают­ся малой производительностью и невысоким качеством грохоче­ния при больших габаритах, массе и энергопотреблении. Часовая производительность барабанного грохота (Пбар) может быть рас­считана по формуле

(6.9)

где умат - насыпная плотность сортируемого материала; &бар - ко­эффициент, учитывающий влияние вида сит и конструкции бара-

Рис. 6.24. Схема цилиндрического барабанного грохота:

/ - подача материала на просеивание; 2 - отсев самой мелкой фракции; 3, 4 — отсев более крупных фракций по мере их увеличения; 5 - выход негабарита, не прошедшего сквозь сита

206

I

Рис. 6.25. Схема конического барабанного грохота:

1 - подача материала на просеивание; 2 - отсев самой мелкой фракции; 3, 4 - отсев более крупных фракций по мере их увеличения; 5 - выход негабарита, не прошедшего сквозь сита

бана на скорость его вращения (8... 14); гбар - радиус барабана; «оси - Угол наклона оси или образующей барабана к горизонту; 4-ит ~ диаметр отверстия сита; </мат - средний размер куска матери­ала сортируемой фракции.

Плоские грохоты широко применяются для разделения камен­ных материалов на фракции благодаря высокой производительно­сти при относительно небольших размерах и массе. Просеиваю­щие поверхности грохотов могут изготавливаться из колосников, плетеной сетки, сварной или кованой решетки и решета, т.е. ме­таллического листа с отверстиями.

Грохоты могут иметь одну, две и более просеивающих поверх­ностей, но наиболее распространены грохоты с тремя поверхностя­ми. Поверхности сит могут располагаться друг за другом в одной плоскости - в ряд (рис. 6.26), друг под другом - ярусами (рис. 6.27)

Рис. 6.26. Грохот с рядным расположением сит:

а - мелкоячеистое сито; 6 - среднеячеистое сито; в - крупноячеистое сито; 1 - сортируе­мый материал; 2 - мелкая фракции; 3 - средняя фракция; 4 - крупная фракция;

с         к.     

или по комбинированной схеме, когда среднее сито рас­положено в один ряд с круп­ным, а мелкое - под крупным (рис. 6.28).

Первая схема отличается простотой наблюдения за ра­ботой сит, а также удобством их ремонта и замены. Но круп­ные фракции, двигаясь по си­там, увлекают за собой более мелкие, снижая качество сор­тировки, к тому же первое сито, по которому проходит весь сортируемый материал, быстрее изнашивается.

Вторая компоновочная схе­ма обеспечивает хорошее ка­чество сортировки, но конст­руктивно более сложна и за­трудняет обслуживание и ре­монт сит.

Комбинированная схема по перечисленным характеристикам лучше плоскостной и хуже ярусной, но у нее снижение качества сор­тировки компенсируется преимуществами компоновки, поэтому она нашла наибольшее распространение. Процесс сортировки на всех плоских грохотах (кроме неподвижных колосниковых) интен­сифицируется принудительным движением сит с лежащим на них материалом (рис. 6.29).

Рис. 6.28. Грохот с комбинированным расположением сит:

а - мелкоячеистое сито; б — среднеячеистое сито; в - крупноячеистое сито; / - сортируе­мый материал; 2 - средняя и мелкая фракции; 3 - мелкая фракция; 4, 5 - средняя фракция;

6 - крупная фракция

208

0*       С/

Рис. 6.29. Типы вибрационных грохотов:

а, б - качающийся; в - гирационный (эксцентриковый); г — вибрационный наклонный; д - вибрационный горизонтальный

Качающиеся грохоты приводятся кривошипно-шатунным меха­низмом. Электродвигатель, установленный на станине машины, оснащен маховиком с эксцентричной осью кривошипа, соединен­ной тягами с горизонтальной или наклонной рамой сит, свободно подвешенной к станине.

Горизонтальные или наклонные сита качающихся грохотов дви­гаются по концентрическим дугам, подкидывая и перебрасывая вперед лежащий на них материал. При этом куски породы переме­щаются внутри слоя по вертикали, благодаря чему мелкие куски проваливаются через ячейки сит, а крупные скатываются по их поверхности, не блокируя ячеек.

Производительность плоского качающегося грохота (Ппл) мож­но рассчитать по формуле

Ппл^сиААаз^под,         .                    (6.10)

где 6СИТ - ширина сита; /гсл - толщина слоя материала на сите, /гсл = (1 ...2)й?кус; dKyc - наибольший размер кусков материала на сите; &раз - коэффициент разрыхления материала при качании (^раз = 0,4...0,6); f/nofl - скорость подачи на сито сортируемой смеси (С/под = 0,05...0,25 м/с).

Если подставить в формулу рекомендуемые значения парамет­ров, окажется, что производительность качающегося грохота мож­но оценить по формуле

nm =(0,02...0,15)^^.                       '        (6.11)

II                                                                                                      209

Рама сит плоского вибрационного грохота крепится горизон­тально или наклонно к станине установки на амортизаторах, по­глощающих высокочастотные колебания. Колебания сит возбуж­даются вибраторами направленных или ненаправленных колеба­ний, монтируемых на их рамах. Благодаря высокочастотным ко­лебаниям частицы материала, совершая быстрые хаотичные мик­родвижения, перемещаются по толщине слоя и, кроме того, весь поток материала двигается по направлению равнодействующей силы гравитации и возбуждающей силы вибраторов. Совместное действие перечисленных факторов активизирует сортировку и де­лает ее более полной. Часовую производительность плоского виб­рационного грохота (Пвиб) в кубометрах отсортированной породы можно рассчитать по формуле

Сита гирационного или эксцентрикового грохота приводятся в движение эксцентриковым валом, соединяющим раму сит со ста­ниной машины. Вал приводится электродвигателем и проходит через подшипниковые опоры, закрепленные на станине и раме сит. Подшипниковые опоры станины являются несущими, а в подшип­никовых опорах рамы сит установлены втулки, оси внутренней и наружной поверхностей которых не совпадают, благодаря чему и происходят колебания сит. Параметры колебаний сит гирацион-ных и вибрационных грохотов отличаются, но механизмы действия сил, активизирующих процесс сортировки, аналогичны, поэтому для расчета производительности гирационных грохотов можно ис­пользовать формулу, рекомендуемую для вибрационных машин (табл. 6.7).

~ "»

(6.12)

Таблица 6.7

где Рсш - площадь сита; руд - удельная производительность 1 м2 сита; А;сп - коэффициент способа грохочения; krp - коэффициент трудности грохочения материала; Јкач - коэффициент качества от­сева (табл. 6.5, 6.6).

Таблица 6.5

Расчетные значения удельной производительности и коэффициентов способа и трудности грохочения

Таблица 6.6

Расчетные значения коэффициента качества отсева

* 2вых - выход материала определенной фракции; 2фак - действительное содержа­ние определенной фракции в исходном материале.

210

Характеристики отечественных грохотов

211

Гравиемойки-сортировки и классификаторы. Гравиемойки-сор­тировки предназначены для промывки гравия и щебня от илистых, пылеватых и глинистых включений с сортировкой промытого ма­териала по фракциям или прочности.

Гравиемойки-сортировки состоят из нескольких (большей ча­стью, трех) соосных и коаксиальных барабанов (рис. 6.30) с сет­чатыми и сплошными станками. Вращающаяся цилиндрическая часть установки опирается на опорно-упорные ролики станины охватывающими бандажами либо центральными цапфами - на подшипниковые опоры станины. Привод барабанов осуществля­ется электродвигателем или гидромотором при помощи открытой зубчатой пары из ведущей звездочки и зубчатого венца, охваты­вающего барабан, либо редуктора, соединенного с центральной цапфой.

Гравиемойки-сортировки устанавливаются под небольшим на­клоном, чтобы материал, подаваемый ленточным или скребковым конвейером в загрузочный люк, проходил по вращающимся бара­банам до разгрузочного торца установки. Сначала материал под­вергается промывке, а затем классификации, после чего отгружа­ется в транспорт или хранилище. Для оценки производительности гравиемоек-сортировок можно рекомендовать формулы, исполь­зуемые применительно к барабанным грохотам.

Важной проблемой, сопутствующей процессу промывки щебня, является очистка использованной воды. Забота о сохранении жи­вой природы требует организации замкнутого цикла промывки щебня, исключающего попадание отходов производства в есте­ственные водоемы и грунтовые воды.

Для классификации песка по размеру и удельному весу приме­няются спиральные классификаторы (рис. 6.31). Классификатор состоит из горизонтального или наклонного лотка полукруглого сечения, внутри которого на соосных лотку подшипниковых опо­рах расположен вращающийся шнек. Зазор между лопастями шне-

Рис. 6.30. Гравиемойка-сортировка барабанного типа:

/ - лотковый питатель; 2 - водопровод с форсунками; 3 - моечный барабан с лопастями; 4,5,6- сита соответственно среднее, мелкое, крупное

212

Рис. 6.31. Спиральный классификатор-песколовка:

привод, состоящий из электродвигателя и клиноременной передачи; 2 - лоток; 3 - шнек осевой подачи и перемешивания песка; 4 - разгрузочные ковши

ка и днищем лотка минимален. В двухвальных классификаторах используются лотки большего размера полуовального сечения, в которых помещаются два шнека с витками противоположной на­вивки, вращающиеся навстречу друг другу.

В загрузочную часть лотка конвейером подаются песок и вода. Шнек перемешивает песок с водой, более мелкие частицы уносят­ся водой через слив, а песок переносится шнеком к разгрузочному торцу лотка. Размеры частиц, уносимых водой, зависят от интен­сивности перемешивания воды с песком и скорости ее движения.

Регулируя эти характеристики, а также меняя наклон лотка (если это предусмотрено конструкцией), можно отделять необходимые фракции песка. Производительность спирального классификато­ра определяется размерами и скоростью вращения шнека и рассчи­тывается аналогично производительности шнековых конвейеров.

Для классификации более крупных каменных материалов при­меняются механические классификаторы (рис. 6.32), разделяющие щебень по прочности породы.

В механических классификаторах используется разница в упру­гости и поверхностном коэффициенте трения каменных материа­лов разной прочности. Настройка классификатора производится регулировкой скорости вращения барабана и подбором расстоя­ния между его осью и струей материала.

Классифицируемый щебень сбрасывается на вращающийся стальной барабан и, в зависимости от свойств материала и регули­ровки классификатора, рикошетирует в нужный накопитель. На­стройка классификатора позволяет получать фракции материалов различной прочности. Для интенсификации сортировки могут при­меняться двухбарабанные классификаторы щебня, позволяющие получать на одной установке большее число фракций материала одновременно.

213

Дробильно-сортировочные установки и заводы. Дробильно-сортировочная установка и завод представляют собой комплект технологического оборудования для измельчения, сортировки, мой­ки и классификации каменных материалов. Установками обычно называют комплекты, приспособленные для разворачивания в ра­бочее положение и сворачивания в транспортное без привлечения нештатной грузоподъемной техники и способные менять место ба­зирования своим ходом или с помощью тягачей. Заводами называ­ют стационарные комплекты, постоянно размещенные на отведен­ной территории и являющиеся частью ее инфраструктуры.

Агрегаты передвижных дробильно-сортировочных установок (ДСУ) в зависимости от производительности монтируются на од­ном или нескольких колесных шасси и, будучи развернутыми в ра­бочее положение, образуют единую технологическую цепочку. В за-

Классифицируемый Г материал I

висимости от размера и принятой компоновки все агрегаты ДСУ могут работать от индивидуальных электродвигателей либо каж­дое шасси может быть оборудовано автономным двигателем внут­реннего сгорания и распределительной силовой трансмиссией.

Электроприводные установки могут подключаться к собствен­ной электростанции или стационарной электросети. Использова­ние передвижных ДСУ целесообразно в случаях, когда добычу ка­менных материалов можно организовать недалеко от строитель­ной площадки. Обычно это характерно при сооружении неболь­ших транспортных объектов местного значения, когда потребно­сти в каменных материалах относительно невелики, а требования к их качеству менее жестки по финансовым или иным соображе­ниям (табл. 6.8).

Таблица 6.8 Характеристики отечественных дробильно-сортировочных установок

Стационарные дробильно-сортировочные заводы обычно со­здаются при длительно действующих карьерах и разрезах, по­этому технологические линии проектируются и оборудование для них подбирается с учетом особенностей добываемого здесь сырья, проектного уровня его добычи и используемого для это­го оборудования.

Стационарные дробильно-сортировочные заводы классифици­руются по годовому объему производства готовых каменных ма­териалов: заводы малой производительности рассчитаны на про­изводство 50... 100 тыс. м3 в год; заводы средней производитель­ности - 100...250 тыс. м3 в год; заводы большой производительно­сти - 250 тыс. м3 в год и более.

По способу расположения технологических агрегатов заводы подразделяют на партерные, когда все установки расположены на уровне земли, и башенные - с расположением агрегатов по верти­кали в технологической последовательности. Партерные заводы легки в обслуживании и ремонте, но занимают большие площади, что, как правило, сопряжено с высоким уровнем арендной платы за использование земельного участка.

215

Башенные заводы занимают значительно меньшую террито­рию, но гораздо сложнее в обслуживании, а при ремонте или за­мене агрегатов требуют привлечения дорогой грузоподъемной техники. Кроме того, возведение высоких и, как правило, неэсте­тичных производственных конструкций вблизи населенных пун­ктов может быть запрещено местными нормативными актами. Указанные обстоятельства привели к повсеместному распростра­нению так называемых компромиссных схем компоновки, соче­тающих преимущества партерного и башенного подходов и ли­шенных их недостатков.

Остается актуальной классификация заводов на предприятия с открытым технологическим циклом, когда крупногабаритные от­ходы выбрасываются в отвал, и замкнутым технологическим цик­лом, когда негабаритные отходы дробятся повторно. С позиций ресурсосбережения приемлемым является только замкнутый тех­нологический цикл. Производительность дробильно-сортирово-чной установки или завода (Пзав) оценивается соотношением

Пзав<0,8Пдр,                                       (6.13)

где Пдр - паспортная производительность головной дробилки; 0,8 -коэффициент, учитывающий дробимость, влажность, крупность и форму кусков дробимого материала.

Глава