Разрушение горных пород — это процесс их дробления, разламывания или измельчения для добычи полезных ископаемых, проходки тоннелей или строительства.
Основные требования к технологиям — эффективность, безопасность, экономическая целесообразность. Рассмотрим традиционные и современные способы разрушения, их преимущества, ограничения.
Классификация методов
Методы разрушения делятся на механические, взрывные, термические, гидравлические, комбинированные. Каждый из них применяется в зависимости от свойств сырья, требуемой степени дробления, условий работы.
Механические способы более распространены, а взрывные — самые мощные, но требуют особых мер безопасности. Термические и гидравлические используют в специфических условиях, например, при работе с особо твердыми или водонасыщенными породами.
Механические
Эти методы основаны на физическом воздействии на массив минералов с помощью оборудования: дроблении, резании, ударе или сжатии. Такие технологии применяют там, где требуется точное контролируемое разрушение без динамических нагрузок.
Дробилки, мельницы применяют для измельчения сырья, а буровые коронки, резцы — для проходки скважин. Гидромолоты и виброрыхлители эффективны при разработке крепких пород.
К основным технологиям относят:
- Буровые установки, которые реализуют вращательное или ударно-вращательное бурение.
- Дробильное оборудование — щековые или конусные дробилки для первичного дробления, а также роторные дробилки для вторичного дробления.
- Режущие машины применяют для добычи блоков.
- Гидромолоты и усиленные ковши используют для разработки крепких пород и мерзлых грунтов.
Главные плюсы механических методов — точность, контроль процесса, а также минимальное воздействие на окружающий массив и возможность работать в стесненных условиях. Но они могут быть энергозатратными, медленными по сравнению со взрывными технологиями.
Взрывные
Взрывчатые вещества используют для быстрого масштабного разрушения массивов горных пород. Различают массовые, направленные, камуфлетные взрывы в зависимости от задачи. Технология включает бурение шпуров, закладку зарядов, детонацию.
При шпуровых зарядах диаметр отверстий достигает 300 мм, а глубина скважины до 30 м. Такая технология применяется, например, в угольных разрезах Кузбасса.
При использовании скважинных зарядов глубина доходит до 50 метров и более.
Метод камерных зарядов предполагает взрыв сосредоточенных зарядов большой массы, помещенных в специальные камеры внутри горной породы.
При направленных взрывах контролируют обрушение массива. Такая технология применяется при сносе скальных выступов при строительстве трасс.
Несмотря на высокую эффективность и относительно низкую себестоимость, взрывные работы требуют строгого соблюдения мер безопасности, так как сопровождаются вибрацией, шумом, выбросами пыли. Они запрещены вблизи населенных пунктов, линий электропередач и многих других объектов.
Термические
Эти способы основаны на резком нагреве или охлаждении породы. При нагреве порода расширяется, а при быстром охлаждении сжимается, что приводит к ее растрескиванию. Тепловые методы особенно эффективны для очень твердых, абразивных или монолитных пород, таких как кварциты, граниты, базальты, которые сложно разрушать механическими или взрывными способами.
Огневое бурение — метод, который использовался в прошлом для проходки скальных пород путем нагрева кострами и последующего резкого охлаждения.
Термоудар (нагрев с последующим охлаждением) — это способ, при котором породу нагревают газовыми горелками или электрическими ТЭНами до высокой температуры (для некоторых материалов — до 250°С), затем резко охлаждают струями воды. С повышением температуры понижается прочность минералов на сжатие и растяжение, появляются трещины.
Плазменные и лазерные установки применяются для локального разрушения особо твердых пород при проходке туннелей или добыче блокового камня. Лазерные системы позволяют точно контролировать процесс, но требуют значительных энергозатрат.
Термические методы малошумны, не создают вибраций, но требуют значительных энергозатрат. Их использование оправдано там, где механические или взрывные способы не применимы.
Их используют:
- В гранитных или базальтовых карьерах для добычи блоков облицовочного камня.
- При проходке тоннелей в крепких породах, где взрывные методы нежелательны из-за вибраций.
- В алмазодобывающей промышленности для разрушения кимберлитовых трубок.
Гидравлические
Эти методы экологичнее взрывных, так как минимизируют вибрации, но требуют большого количества воды, а также сложного оборудования. Гидравлическое разрушение эффективно в рыхлых, водонасыщенных грунтах.
Выделяют 4 основные технологии гидравлического разрушения:
- Гидроразрыв пласта чаще используют в песчаниках, сланцах, других низкопроницаемых коллекторах для добычи сланцевого газа, нефти, чтобы увеличить трещиноватость пород. Но такой способ вызывает споры по поводу риска загрязнения грунтовых вод.
- Гидроструйная резка применяется для точной резки бетона, гранита, других твердых материалов. Для усиления эффекта воду дополняют абразивными материалами (песок, гранатовый песок).
- Гидроклиновый метод — это альтернатива взрывным работам при добыче блокового камня. В пробуренные скважины закачивают воду или жидкие химические растворы под давлением, что приводит к расколу массива.
- Размыв водой используют для выработок рыхлых и мягких материалов (песок, глина, россыпные месторождения золота, алмазов).
Комбинированные
Сочетание разных способов повышает эффективность разрушения. Термомеханические методы используют нагрев с последующим механическим воздействием, а гидромеханические — воду под давлением, дробление.
Комбинированные технологии позволяют снизить энергозатраты, при этом увеличить скорость работ. Они особенно полезны при разработке неоднородных, сложных породных массивов.
Современные инновационные технологии
Ультразвуковое разрушение применяют для точного дробления без повреждения окружающих структур. Электрические и электромагнитные способы исследуют как альтернативу традиционным способам.
Биологическое разрушение с помощью бактерий — перспективное направление, но пока показывает небольшую производительность и осуществляется на небольших объемах.
Инновации направлены на снижение энергопотребления, повышение безопасности и экологичности процессов.
Заключение
Выбор породоразрушающих способов зависит от свойств материала, масштаба работ, экономических факторов. Взрывные способы остаются самыми мощными, но механические и гидравлические технологии боле контролируемы.
Будущее за комбинированными и инновационными методами, которые минимизируют вредное воздействие на окружающую среду.
Развитие автоматизации и роботизации также открывает новые возможности в этой области.
Статья была полезной?
Если после данного обзора у вас все же остались вопросы, недостающую информацию вы всегда можете получить у менеджеров Группы компаний «Традиция».
Задать вопрос специалисту
Если у вас все же остались вопросы, недостающую информацию вы всегда можете получить у менеджеров Группы компаний «Традиция»
