Влияние знакопеременных температурных воздействий на энергоемкость процесса дробления горных пород

• Автор: Захаров, Евгений Васильевич
• Шифр специальности: 25.00.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Якутск
• Количество страниц: 120 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ПРЕДМЕТ, СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1 Энергоемкость различных способов разрушения горных пород
1.2 Влияние отрицательных температур на прочностные показатели и энергетические характеристики разрушения горных пород
1.2.1 Влияние воды и ПАВ на прочность горных пород
1.3 Влияние циклов замораживания-оттаивания на прочностные показатели горных пород
1.4 Постановка, цели и задачи исследований
2 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ УДЕЛЬНОЙ ЭНЕРГОЕМКОСТИ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
2.1 Методы динамических испытаний и определения энергоемкости разрушения горных пород
2.2 Определение удельной энергоемкости разрушения горных пород на маятниковом копре
2.3 Определение удельной энергоемкости разрушения горных пород на
вертикальном копре
Выводы
3 ВЛИЯНИЕ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР НА УДЕЛЬНУЮ ЭНЕРГОЕМКОСТЬ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
3.1 Влияние отрицательных температур на удельную энергоемкость разрушения карбонатных пород с различной пористостью
3.2 Удельная энергоемкость разрушения кимберлита в условиях отрицательных температур
3.2.1 Общие сведения и особенности вещественного состава кимберлита трубки «Интернациональная»

3.2.2 Общие сведения и особенности вещественного состава
кимберлита трубки «Мир»
3.2.3 Экспериментальная часть
3.3 Удельная энергоемкость разрушения углей при различных
отрицательных температурах
Выводы
4 ВЛИЯНИЕ ЦИКЛОВ ЗАМОРАЖИВАНИЯ-ОТТАИВАНИЯ НА УДЕЛЬНУЮ ЭНЕРГОЕМКОСТЬ РАЗРУШЕНИЯ ТОРНЫХ ПОРОД
4.1 Воздействие циклического замораживания-оттаивания на удельную энергоемкость разрушения карбонатных пород
4.2 Удельная энергоемкость разрушения пород определенного класса крупности после воздействия циклов замораживания-оттаивания
4.3 Воздействие циклического замораживания-оттаивания на удельную энергоемкость разрушения кимберлитов
4.3.1 Дезинтеграция кимберлита под воздействием циклов замораживания-оттаивания
4.4 Возможность применения полученных данных для практических
целей
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследований.
При добыче и переработке полезных ископаемых наиболее энергоемким технологическим процессом является разрушение горных пород. В России ежегодно несколько миллиардов тонн различных геоматериалов, таких как руды, угли, строительные материалы и др. виды минерального сырья, извлекаются из недр и подвергаются дроблению и измельчению. По оценкам Гончарова С.А. и др. исследователей в себестоимости концентрата на предприятиях черной и цветной металлургии России процесс разрушения занимает 60% [1]. В связи с этим одной из главных задач горной науки является разработка новых технологий добычи и переработки, которые позволят значительно сократить энергозатраты на разрушение горных пород. При этом необходимы знания о закономерностях их деформирования и разрушения.
За последние 150 лет выявлены многие закономерности процессов дробления и измельчения горных пород. Эмпирические соотношения Кика, Риттингера и Бонда, называемые законами измельчения, стали классическими и широко используются в производственной практике [2]. По мнению П.А. Ребиндера неудачи в поисках универсальных законов измельчения обусловлены тем, что в них процессы разрушения твердых тел рассматриваются без учета роли внешней среды [3].
В исследованиях отечественных и зарубежных ученых показано, что понижение температуры от 20°С до -50°С и ниже может приводить как к увеличению, так и уменьшению прочности и энергоемкости разрушения горных пород. Единого мнения о закономерностях изменения этих характеристик нет.
В связи с вышеизложенным, установление закономерностей изменения энергоемкости разрушения горных пород при знакопеременном температурном воздействии, является актуальной научной задачей.

при подсушивании пород и исчезают при их водонасыщении. При каждом цикле подсушивания напряжения, создаваемые капиллярными силами, разрушают структуру породы и обусловливают ее выветривание.
R. В. G. Williams и D. A. Robinson исследовали комбинированное влияние засоленности и циклического замораживания-оттаивания на процессы выветривания песчаника отобранного с Юго-Востока Англии. Образцы песчаника насыщались хлоридом натрия и сульфатом натрия и подвергались воздействию нескольких циклов замораживания-оттаивания. Самопроизвольная дезинтеграция наблюдалась при обоих методах засоления уже после 20 циклов. В дальнейшем образцы подвергали 20 циклам насыщения и сушки при температурах близких к 0°С. Образцы, насыщенные в дистиллированной воде и хлориде натрия не разрушались, а образцы, насыщенные в сульфате натрия быстро дезинтегрировались [58].
Воздействие циклов замораживания-оттаивания на глинистые и карбонатные горные породы исследовалось совместно учеными Японии и Таиланда. Испытания проводились на образцах следующих пород: туфа, известняка, песчаника и сланца ряда месторождений Японии, а также сланца и доломита Непала. Было установлено, что воздействие 20 циклов замораживания-оттаивания приводит к потере массы исследуемых образцов 2 - 27%, при среднем значении в 15%. Инициация и расширение трещин, последующее выветривание и разрушение горных пород сравнительно более быстро происходит в породе имеющей высокую пористость, чем в породе с низкой пористостью [57].
В работе P. Hale & A. Shakoor исследовался предел прочности на сжатие 6 различных типов песчаников. Предел прочности на сжатие был измерен после воздействия на них 0, 10, 20, 30, 40, и 50 циклов нагрева -охлаждения, насыщения - сушки и замораживания - оттаивания. Результаты исследований показали, что ни нагрев - охлаждение, ни насыщение - сушка не уменьшили прочность исследуемых песчаников, но замораживание -оттаивание значительно уменьшило прочность, по крайней мере, у трех из