Адгезионные процессы при перемещении горной массы

М Г Г V 

московский 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

РЕДАКЦИОННЫЙ 

С О В Е Т 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 
МОСКОВСКОГО 
ГОСУДА РСТВЕННОГО 
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

Пр еде е дат ел ь 

Л.А. 
ПУЧКОВ 
ректор 
МГГУ, 
4.1.-корр. 
РАН 

Зам. председателя 

Л.Х. 
ГИТИС 
директор 
Издательства 
МГГУ 

Члены редсовета 

И.В. ДЕМЕНТЬЕВ 
академик 
РАЕН 

А.П.ДМИТРИЕВ 
академик 
РАЕН 

Б.А. КАРТОЗИЯ 
академик 
РАЕН 

В. В. КУРЕХИН 
академик 
РАЕН 

М.В. КУРЛЕНЯ 
академик 
РАН 

В.И. ОСИПОВ 
академик 
РА Н 

э.м. СОКОЛОВ 
академик 
МАН 
ВШ 

К.Н. ТРУБЕЦКОЙ 
академик 
РАН 

В.В. ХРОНИН 
профессор 

В.А. ЧАНТУРИЯ 
академик 
РАН 

Е.И. ШЕМЯКИН 
академик 
РАН 

ВЫСШЕЕ ГОРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ 

А.И. Дремин 
В.И. Мочалов 

АДГЕЗИОННЫЕ 
ПРОЦЕССЫ 

ПРИ 

ПЕРЕМЕЩЕНИИ 
ГОРНОЙ 
МАССЫ 

Издание 2-е, 
стереотипное 

Рекомендовано 
Министерством 
образования 
Российской 
Федерации в качестве учебного пособия для студентов 
высших учебных 
заведений, обучающихся по направлению «Горное дело» 

МОСКВА 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 
МОСКОВСКОГО 
ГОСУДАРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 

2 0 0 2 

УДК 622.02 
ББК 33.1 
Д 7 3 

Дремин А.И., Мочалов В.И. 

Д 73 
Адгезионные процессы при перемещении горной массы: 
Учеб. пособие для вузов. — Изд 2-е, стер. — М.: Издательство 
Московского государственного горного университета, 2002. — 
224 с. 

ISBN 5-7418-0094-7 

Рассмотрены актуальные для горной промышленности проблемы адгезии при транспортировании горной массы различной степени увлажнения. Уделено внимание теоретическим вопросам физики горных пород и 
даны практические рекомендации. 

Для студентов вузов, обучающихся по направлению «Горное дело». 
Может быть полезно инженерам-проектировщикам и эксплуатационникам. 

УДК 622.02 
ББК 33.1 

ISBN 5-7418-0094-7 
© А.И. Дремин, В.И. Мочалов 1998, 

2002 

© Издательство МГГУ, 1998, 2002 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
9 

Глава I ПРОБЛЕМЫ 
ЭКСКАВАЦИИ 
И 
ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ 
СВЯЗНЫХ 
ПОРОД 
НА КАРЬЕРАХ 
12 

1.1. Показатели работы добычного и транспортного оборудования при открытой разработке 
связных вскрышных пород 
12 

1.2. Способы и средства для предотвращения промерзания вскрышных уступов карьеров 
21 

1.3. Технологические варианты методов очистки и 
профилактической обработки рабочих поверхностей горно-транспортного оборудования 
25 

1.4. Критерии оценки прочностных и адгезионных 
свойств талых и мерзлых связных пород 
28 

Глава I I ПРОМЕРЗАНИЕ 
ВСКРЫШНЫХ 
УСТУПОВ КАРЬЕРОВ 
33 

2.1. Постановка задачи исследований процесса теплообмена в связных вскрышных породах в зимний период 
33 

2.2. Закономерности распределения температурного поля по глубине вскрышного уступа 
36 

2.3. Адгезионные свойства быстротвердеющих теплоизоляционных пенных покрытий 
44 

5 

2.4. Обоснование рациональных параметров теплоизоляционных пенных покрытий 
50 

Глава I I I ПРОЦЕССЫ 
ОБРАЗОВАНИЯ 
И ТЕРМИЧЕСКОГО 
РАЗРУШЕНИЯ 
НАМЕРЗШЕЙ ГОРНОЙ 
МАССЫ НА 
РАБОЧИХ 
ПОВЕРХНОСТЯХ 
ДОБЫЧНОГО 
И 
ТРАНСПОРТНОГО 
ОБОРУДОВАНИЯ 
55 

3.1. Намерзание горной массы на металлические 
поверхности горнотранспортного оборудования 
55 

3.2. Теплофизические свойства талых и мерзлых 
связных пород 
63 

3.3. Закономерности процесса термического разрушения намерзшей горной массы на металлических поверхностях добычного и транспортного 
оборудования 
76 

3.4. Технология очистки от намерзшей горной массы металлических рабочих поверхностей 
88 

Глава IV ЗАКОНОМЕРНОСТИ 
ПРОЦЕССА 
ТЕПЛОМ АССАПЕРЕНОСА 
НА 
АДГЕЗИОННОМ КОНТАКТЕ 
«РАБОЧАЯ 
ПОВЕРХНОСТЬ 
— ГОРНАЯ МАССА» 
99 

4.1. Влияние влажности связных пород и температуры окружающей среды на адгезию перемещаемой горной массы 
99 

4.2. Изменение адгезии транспортируемой горной 
массы при наличии влаги на рабочих поверхностях 
112 

6 

4.3. Подсушивание рабочих поверхностей горнотранспортного оборудования 
117 

4.4. Параметры процесса влагопереноса в профилактическом слое между перемещаемой горной 
массой и рабочей поверхностью 
121 

Глава V ТЕХНОЛОГИЯ 
ПРОФИЛАКТИЧЕСКОГО 
ПРОМОРАЖИВАНИЯ 
ТРАНСПОРТИРУЕМОЙ ГОРНОЙ МАССЫ 
130 

5.1. Инженерный метод решения задачи Стефана 

для слоистой среды 
130 

5.2. Определение рациональных пропорций промороженной и талой горной массы в процессе 
транспортирования 
141 

5.3. Определение рациональной толщины профилактического слоя промороженной с поверхности горной массы 
144 

5.4. Расчет параметров процесса профилактического промораживания горной массы 
149 

Глава V I ОБОСНОВАНИЕ 
И РАЗРАБОТКА 
СПОСОБОВ И СРЕДСТВ 
УПРАВЛЕНИЯ 
АДГЕЗИОННО-КРИОГЕННЫМИ 
ПРОЦЕССАМИ 
ПРИ ЭКСКАВАЦИИ 
И 
ТРАНСПОРТИРОВАНИИ 
ГОРНОЙ 
МАССЫ НА КАРЬЕРАХ 
156 

6.1. Теплоизоляция вскрышных уступов карьеров 

быстротвердеющими пенами 
156 

7 

6.2. Методика инженерного расчета режимных и 
конструктивных параметров рабочего оборудования для очистки металлических рабочих поверхностей от намерзшей горной массы 
167 

6.3. Технические средства для очистки термическим способом ковшей экскаваторов от намерзшей горной массы 
178 

6.4. Технические средства очистки от намерзшей 
горной массы металлических рабочих поверхностей 
197 

6.5. Способы и средства погрузки горной массы на 
конвейерную ленту с использованием профилактических материалов, утративших адгезионную активность 
206 

6.6. Определение рациональных областей применения разработанных способов и технических 
средств управления адгезионно-криогенными 
процессами при производстве вскрышных работ в связных породах 
218 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
223 

8 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Как показывает 
практика 
производства 
вскрышных работ, основными 
причинами, 
снижающими 
показатели 
работы 
экскавационного 
и 
транспортного 
оборудования, 
являются 
адгезионно-криогенные 
процессы (промерзание 
вскрышных 
уступов, 
налипание 
с 
последующим 
намерзанием 
перемещаемой 
в зимний 
период талой горной массы на ковши экскаваторов, 
думпкары, 
конвейерные 
ленты, 
приводные 
барабаны 
и 
различные 
перегрузочные 
пункты), 
возникающие 
по 
всей технологической 
цепочке от забоя до 
отвала. 

Наиболее острой проблема управления 
указанными 
процессами становится 
повсеместно 
в 
осенне-весенний 
и зимний 
периоды 
эксплуатации 
экскавационного 
и 
транспортного 
оборудования, 
а также 
практически 
круглогодично 
в районах Урала, Сибири и 
Северо-Востока нашей страны, 
характеризующихся 
экстремально 
низкими температурами 
окружающей 
среды. 

В связи с промерзанием 
уступов карьеров 
сопротивление копанию 
в глинистых 
породах влажностью 
20¬
30% при температуре 
-15'С возрастает 
в 10- 15 раз, а 
адгезия намерзшей 
горной массы, состоящей 
из 
суглинков, в 20 и более раз превышает 
адгезию талых 
пород. 
Применение 
в указанных 
условиях роторных 
комплексов 
становится 
практически 
невозможным. 

Эффективность 
транспортирования 
связных 
вскрышных 
пород традиционными 
видами 
транспорта 
(железнодорожный, 
автомобильный, 
конвейерный) 
также 
находится в прямой зависимости от сезона 
эксплуатации 
и климатических 
условий месторождения. В сложных горно-геологических 
условиях, особенно в периоды с отрицательными температурами 
окружающей среды (до -30"С), 
стоимость транспортирования 
горной массы 
возрастает до 50%, а производительность 
труда на выгрузке 
снижается в 6-8 раз. 

9 

Большие 
трудности 
возникают 
при 
периодической 
очистке рельсошпальных 
решеток 
от намерзшей 
горной массы в местах погрузки и выгрузки 
транспортных 
средств. 

Обеспечение 
круглогодичной 
разработки 
рыхлых 
и 
связных 
пород с высокими технико-экономическими 
показателями 
требует решения крупной научной 
проблемы управления 
адгезионно-криогенными 
процессами 
при 
открытой 
разработке 
связных 
пород. 

Научно-исследовательские 
работы, 
направленные 
на повышение 
эффективности 
производства 
вскрышных работ в зимний период в различных 
природно-климатических 
условиях в настоящее 
время ведутся в ряде 
ВУЗов 
горного профиля 
и институтах 
горнодобывающих 
отраслей. 

При этом большое внимание уделяется 
разработке 
физических 
методов направленного 
изменения 
свойств 
и состояния 
связных 
пород и контактирующих 
с ними 
материалов 
рабочих 
поверхностей 
с целью 
снижения 
интенсивности 
налипания 
и примерзания 
перемещаемой в зимний период талой горной 
массы. 

Цель и задача курса 
состоит: 

• в установлении 
закономерностей 
изменения 
параметров адгезионно-криогенных 
процессов при промерзании 
вскрышных 
уступов 
карьеров 
и 
намерзании 
перемещаемой 
в зимний период 
талой 
горной массы на экскавационное 
и 
транспортное 
оборудование 
в зависимости 
от тепловых 
и одгезионных 
свойств связных 
пород и 
контактирующих с ними 
теплоизоляционных 
покрытий 
и 
материала 
рабочей поверхности 
оборудования, 
а 
также условий 
теплообмена 
с окружающей 
средой; 

10