RU2234603C2 - Method and device for ore deposit mining in firm rock - Google Patents

Abstract

FIELD: equipment for mineral deposit development, particularly in mining and tunneling machines.

SUBSTANCE: method involves destructing and grinding ore-bearing rock, exposing mineral simultaneously with creating detached grains and crystals by exerting influence of rock cutting element to ore body surface. Physical and mechanical properties of rock cutting element are equal to that of ore body, applying vibration to rock cutting element moving along ore body in direction perpendicular to ore body surface. Device for ore mining includes operation member with rock cutting elements, means for mining machine movement to working face and for moving thereof into working face, means for broken muck transportation. Rock cutting elements are made of solid ore body blocks created during operation member introduction in ore body or of solid rock blocks. Operation member provides translational, rotational or rotary-translational motion of rock cutting elements along ore body with oscillating thereof in plane perpendicular to ore body surface.

EFFECT: increased efficiency of ore extraction and minerals exposure in firm rock.

2 cl

Description

Изобретение относится к способам разработки месторождений полезных ископаемых и может быть использовано при создании добычных и проходческих комбайнов для открытых и подземных разработок.The invention relates to methods for developing mineral deposits and can be used to create mining and tunneling combines for open and underground mining.

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.Known methods for the development of ore deposits using mining and mining combines, consisting of a working body or bodies for the mechanical destruction of the rock mass, a device for feeding the combine to the bottom and moving in the bottom, and a device for transporting the mass of broken rock.

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.When mining with simultaneous grinding of rocks using mills, screws, rotors or cones with carbide cutters, the destruction of hard rocks occurs mainly along the path of the cutting edges of the cutters, and not along the intergranular boundaries. This does not allow preserving the integrity and the given grain size of the grains of useful components, that is, to ensure the selective opening of the grains of the mineral. At the same time, a small fraction of the energy consumed by the working body is consumed in the formation of the exposed surface of the minerals.

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.Other known methods of grinding and regrinding of produced rock, for example, by the action of shock waves, cyclic heating and cooling, electrostriction, etc., have even lower efficiency, but require more sophisticated equipment and highly qualified maintenance.

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).Another significant drawback of existing methods of extraction with grinding is that they are not applicable when the hardness of the host rocks is higher than 10-12 MPa (according to Protodyakonov).

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.The prototype of the presented invention in technical essence and purpose is an invention protected by RF patent No. 2062325, cl. E 21 C 41/22, 27/00, publ. 1996. "A method of developing underground ore deposits and a device for its implementation." The essence of this invention lies in the fact that the development of the ore body is carried out by a tunneling shield, which removes the rock with a notch bar, a crusher and a special device, brings it to a pulp state and transfers it to the hydrotransport to remove it from the bottom.

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.The disadvantage of this invention is the low efficiency, mainly due to the fact that the product of the destruction of the rock mass by a bar below the road is crushed stone with pieces of rock of various sizes. To reveal the ore mineral, this product must be subjected to several crushing and grinding operations in various devices. Currently, bringing the mass of broken rock to pulp is carried out by multiple fatigue-impact grinding on particles of crushed mass in devices such as, for example, drum mills. Due to the low selectivity of the disclosure of mineral grains in such devices, the formation of over-crushed and under-crushed fractions is inevitable, leading to losses of the ore mineral at the stage of enrichment. Moreover, an insignificant part of the energy consumed by the device is spent on the formation of the newly exposed free surface of minerals during the grinding of the crushed mass of solid rocks in existing devices for grinding ore.

Целью представленного изобретения является повышение эффективности процессов добычи руды и раскрытия минералов в твердых породах.The aim of the present invention is to increase the efficiency of ore mining and disclosure of minerals in solid rocks.

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.This goal is achieved by the fact that in order to reduce the number of operations for processing the rock mass and increase the efficiency of the formation of the newly discovered surface of minerals, the processes of mining ore-bearing rock and the discovery of the mineral are combined. To do this, in a mining combine, consisting of a rock-destroying organ or organs, a device for feeding the combine to the face and moving it to the face, and devices for transporting the mined rock, the rock-cutting elements of the working body of the combine are made from rock blocks and act on the surface of the ore body in the process rotational, translational or rotational-translational movement of rock-depleting elements along the surface of the ore body to be destroyed with simultaneous vibrational movement m perpendicular to this surface.

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.A positive effect is achieved as a result of the fact that the wear of the rock-cutting element of the working body simultaneously with the destruction of the surface of the ore body creates a mining product in the form of crushed rock. Moreover, due to the identity of the physicomechanical properties of the rock cutting element and the substance of the ore body, mutual destruction occurs with maximum energy efficiency, since energy losses due to deformation and wear of the hard-alloy rock cutting element and the maximum use of the mechanochemical effect during crack formation are eliminated.

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.The main advantage of the presented mining method is the predominantly intercrystallite nature of the destruction of polymineral crystalline aggregates of solid rocks, due to the existence of a threshold for the intensity of action on crystalline aggregates in interacting surfaces and the predominant single occurrence of the destructive effect on crystals and grains of a useful mineral during their separation.

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.The intensity of exposure to polycrystalline matter in the surface layers of interacting surfaces has a threshold at the level of fatigue softening under the influence of multiple small energy pulses, leading to the formation of microcracks in the contact zones and their development into main macrocracks with further destruction of polycrystalline aggregates mainly along intercrystalline boundaries. The crystalline aggregates of the rock structure are separated in the surface layer of the destructible monolithic rock and in the surface of the destructive element with reduced losses in plastic deformation as a result of the preliminary softening of the structure created by the threshold action, which leads to the formation of a new free intergranular surface and loosening of the treated rock surface.

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.The separated grains and crystals leave the zone of mutual destruction of the surfaces of the ore body and the destructive element due to their mutual displacement or under the influence of a cooling or ventilating flow of liquid or gas. The resulting crushed mass in pulp-like or dust form is transported, respectively, by hydro- or pneumatic transport to devices for subsequent processing. Technological residues of destructive elements and breakaway pieces of rock are transported by known methods to installations for crushing and grinding.

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.Evidence of the greater selectivity of the disclosure of minerals by the proposed method compared to traditional ones is that the granulometric composition of the crushed rock obtained by the proposed method in experiments is more consistent with the polycrystalline structure of rocks than that obtained from the same rock samples in the traditional method of separate mining and grinding.

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.A mining combine for the development of ore deposits consists of a working body with rock-cutting elements, which is a manipulator with a holder of a rock-cutting element (elements) equipped with a vibrator, a pneumatic pick-up of crushed rock and a mover.

Работает комбайн следующим образом.The harvester works as follows.

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.The mover, wheeled, tracked or vibrating on the elastic elements, feeds the harvester to the face wall and provides the necessary clamping force. The manipulator moves along the surface of the ore body a working body with vibrating rock-cutting elements. The crushed material formed as a result of the interaction of the rock-depleting elements with the surface of the ore body falls onto the bottom of the face, where it is sucked in by the slotted diffuser of the air pick-up and transferred to the container or to the next processing stage.

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.Blocks of rock for destructive elements of the working bodies of combines are harvested from pillars of rock formed in the process of introducing the working body into the chest of the face according to a certain scheme determined by the nature of the developed deposit and the development method, or made from monolithic blocks of rock produced by known methods.

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.The combination of mining and selective disclosure of minerals allows directly in the face to carry out preliminary ore dressing and significantly reduce the amount of material removed from the mine. In underground mining, the separated waste rock is a ready-made component for filling materials.

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.The economic efficiency of the presented method is due to the exclusion or significant reduction in the complex of drilling and blasting operations in the mine cycle, a decrease in the volume of rock extracted from the mines, a reduction in the number of operations for preparing ore for ore dressing, an improvement in the granulometric composition of the prepared ore, a reduction in the volume of used filling materials, a decrease in the volume of transported materials, reduction or complete elimination of labor-intensive and energy-intensive pore grinding procedure Odes at enrichment plants.

Отдельно следует отметить улучшение производственной и экологической безопасности ведения горных работ и повышение производительности труда в пересчете на конечный продукт.Separately, it should be noted the improvement of industrial and environmental safety of mining operations and the increase in labor productivity in terms of the final product.

Claims (2)

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.1. The method of developing ore deposits in solid rocks by a mining combine, including the destruction and grinding of ore-bearing rocks, characterized in that the destruction, grinding of ore-containing rocks and the disclosure of the mineral is carried out simultaneously with the formation of separated grains and crystals by acting on the surface of the ore body by a rock-breaking element having physico-mechanical properties identical to the physicomechanical properties of the ore body, while rock-destroying during the movement his element along the surface of the ore body at the same time it affects the vibrating motion perpendicular to the surface. 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.2. A device for developing ore deposits by a mining combine containing a working body with rock cutting elements, a device for feeding the combine to the bottom and moving it to the bottom, and a device for transporting broken rock, characterized in that the rock cutting elements are made of monolithic pillars of the ore body being developed formed when the working body was introduced into it, or from monolithic rock blocks, and the working body is made with the possibility of moving rock-destroying elements of the recipient Directionally, rotationally, or translationally-rotationally along the surface of the ore body with their oscillation in a plane perpendicular to this surface.