Method of assessment of hard rock workability using bucket wheel excavators

• Autorzy: Machniak Ł. , Kozioł W.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amsc-2017-0006

Warianty tytułu

PL

Metoda oceny urabialności skał zwięzłych koparkami wielonaczyniowymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A new hypothesis concerning a process of the mining solid rocks using bucket wheel excavators (BWE). Destroying of the rock mass structure is a result of breaking and not, as so far accepted, of cutting. This approach excludes, for the description of solid rock workability using bucket wheel excavators, used classifications based on individual linear or surface resistances of cutting. The possibility of a replacement mechanism for determining of the workability by bucket wheel excavators using rippers was assumed. On this basis, an innovative method for assessing the workability of solid rocks was developed, which is a combination of an derived empirical energy relationship LSE of breaking by tractor rippers from a compressive strength, a seismic wave velocity, a density of solid rock, and the modified classification of workability by bucket wheel excavators according to Bulukbasi (1991). The proposed method allows for multi-parameter assessment of the workability class based on the parameters that are independent variables in the specified dependencies.

PL

Dobór efektywnego rozwiązania technicznego w procesie urabiania skał zwięzłych, a zwłaszcza określenie możliwości wykorzystania podstawowych koparek wielonaczyniowych, jest jednym z ważniejszych problemów decyzyjnych na etapie projektowania, jak również w fazie odkrywkowej eksploatacji złóż węgla brunatnego. Dostosowanie maszyn tych do pracy w skałach zwięzłych jest mocno ograniczone, ale możliwe szczególnie w skałach (głównie osadowych) charakteryzujących się niższymi parametrami wytrzymałości, jak również spękanych czy poddanych procesowi erozji. Dotychczas stosowane metody oceny urabialności skał koparkami wielonaczyniowymi, oparte na jednostkowych oporach urabiania, należy ograniczyć głównie do eksploatacji skał okruchowych oraz spoistych. Wynika to z faktu, iż charakter procesu urabiania wielonaczyniowymi koparkami kołowymi, ze wzrostem zwięzłości urabianych ośrodków, odbiega w coraz większym stopniu od modelu procesu skrawania i do ilościowej oceny tego zjawiska nie można stosować miar opartych na dominacji tego procesu (Babiarz i in. 2007; Kołkiewicz, 2006; Machniak, 2013). W artykule przedstawiono nową hipotezę dotycząca procesu urabiania skał zwięzłych koparkami wielonaczyniowymi. Gdyż niszczenie struktury zwięzłego masywu skalnego następuje w wyniku zrywania, a nie jak do tej pory przyjmowano skrawania. Podejście takie wyklucza, do opisu urabialności skał zwięzłych koparkami wielonaczyniowymi (również jednonaczyniowymi), stosowane klasyfikacje oparte na jednostkowych liniowych bądź powierzchniowych oporach urabiania (Rys. 1). Postawienie nowej hipotezy, w zakresie urabiania skał zwięzłych, uzasadnia porównywanie realizacji procesu urabiania koparkami wielonaczyniowymi z innymi maszynami o takim samych charakterze pracy, np. zrywarkami. Zostaje zatem wprowadzona możliwość zastępczego mechanizmu określania urabialności z wykorzystaniem zrywarek. Parametrem konsolidującym prace obu maszyn jest energia urabiania LSE. Na tej podstawie opracowano metodę oceny urabialności skał zwięzłych koparkami wielonaczyniowymi, będącą połączeniem wyprowadzonej empirycznej zależności energii urabiania LSE zrywarkami ciągnikowymi od wytrzymałości na ściskanie, prędkości fali sejsmicznej, gęstości objętościowej masywu skalnego, i zmodyfikowanej klasyfikacji urabialności koparkami wielonaczyniowymi wg Bulukbasi (1991). Proponowana metoda pozwala na wieloparametrową ocenę klasy urabialności w oparciu o parametry będące zmiennymi niezależnymi w podanej zależności lub bezpośrednio w oparciu o propozycję nowej klasyfikacji urabialności przedstawionej w Tabeli 2.

Słowa kluczowe

EN

opencast mining; bucket wheel excavators; workability of solid rocks; hypothesis of the mining using bucket wheel excavators

PL

górnictwo odkrywkowe; koparki wielonaczyniowe; mechaniczna urabialność skał; urabianie skał zwięzłych koparkami wielonaczyniowymi

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 62, no. 1
• Strony: 73--82
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Machniak Ł.

• AGH University of Science and Technology, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Kozioł W.

• Institute of Mechanized Construction and Rock Mining, Division in Katowice, 40-157 Katowice, Poland

Bibliografia

• [1] Abdullatif O.M., Cruden D.M., 1983. The relationship between rock mass quality and ease of excavation. Bulletin of the International Association of Engineering Geology, No. 28.
• [2] Babiarz S., Dudek D., 2007. Kronika awarii i katastrof maszyn podstawowych w polskim górnictwie odkrywkowym. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław.
• [3] Basair H., Karpuz C., Tutluoglu L., 2007. A fuzzy logic based rippability classification system. The Journal of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy, Vol. 107.
• [4] Basarir H.; Karpuz C., 2004. A rippability classification system for marls in lignite mines. Engineering Geology, No 74.
• [5] Basarir H.; Karpuz C., Tutluoglu L., 2008. Specific energy based rippability classification system for coal measure rock. Journal of Terramechanics, No. 45.
• [6] Bieniawski Z.T., 1975. The point load test in geotechnical practice. Engineering Geology, September.
• [7] Bolukbasi N., Koncagul O., Pasamehmetoglu A.G., 1991. Material diggability studies for the assessment of bucket wheel excavator performance. Mining Science and Technology, Vol. 13.
• [8] Davies A.L., McManus D.A., 1991. Geotechnical applications of downhole sonic logging for surface coal mining. Exploration Geophysics, No. 21.
• [9] Dec J., 2009; Sejsmiczna ocena spękania górotworu karbońskiego w rejonach płytkiej działalności górniczej. Geologia, Tom 35, Zeszyt 2/1.
• [10] Dey K., Ghose A.K., 2008. Predicting “Cuttability” with Surface Miners – A Rockamass Classification Approach. Journal of Mines, Metals and Fuels, V. 56.
• [11] Drebenstedt C., 2010. Use of environmental balance for selection of continuous or cyclic mining equipment on example of hard rock mining. Continuous Surface Mining, Freiberg (materiały konferencyjne).
• [12] Dział Geologiczny KWB Bełchatów, 2004. Charakterystyka skał mezozoicznych występujących w zboczach stałych wyrobiska górniczego KWB „Bełchatów”. Rogowiec (praca niepublikowana).
• [13] Kavouridis K., Roumpos C., Galetakis M., Pavloudakis F., 2008. Methods and technological – improvements for the efficient removal of the overburden hard rock formations at South Field lignite mine, Ptolemais, Greece. Continuous Surface Mining, Romania (materiały konferencyjne).
• [14] Kołkiewicz W., 1973. Zastosowanie maszyn podstawowych w górnictwie odkrywkowym. Wydawnicto „Śląsk”.
• [15] Kołkiewicz W., 2006. Metody identyfikacji i optymalizacji podstawowego procesu technologicznego odkrywkowej eksploatacji złóż z zastosowaniem numerycznych technik symulacyjnych. Redakcja „Górnictwa Odkrywkowego”, Wrocław.
• [16] Kozioł W. Machniak Ł., 2010. Problemy klasyfikacji i wydobycia trudno urabialnych skał i gruntów w kopalniach węgla brunatnego. Górnictwo i Geoinżynieria, Rok 34, Zeszyt 4, Kraków.
• [17] Kozioł W., Barański K., Borcz A., Machniak Ł., 2013. Zastosowanie metod geofizycznych do identyfikacji skał trudno urabialnych w kopalniach węgla brunatnego. Górnictwo Odkrywkowe, R. 54 nr 1.
• [18] Kozioł W., Kaczarewski T., 1990. Problemy technologiczno-eksploatacyjne wydobycia skał trudno urabialnych w polskich kopalniach węgla brunatnego. Górnictwo Odkrywkowe, Nr 5-6.
• [19] Kramdibrata S., 1998. The Influence of Rockmass and Intact Rock Properties on the Design of Surface Mines with Particular Reference to The Excavatability of Rock. Ph. D. Thesis, School of Civil Engineering, Curtin University of Technology (praca niepublikowana).
• [20] Machniak Ł., 2013. Metoda doboru technologii wydobycia utworów trudno urabialnych w kopalniach węgla brunatnego. Rozprawa doktorska, AGH, Kraków (praca niepublikowana).
• [21] Mikaeil R. i in., 2011. Development of a new classification system for assessing of carbonate rock sawability. Arch. Min. Sci. 56, 1.
• [22] Praca zbiorowa 1998. For the tropical rock engineering fields. Universiti Teknologi Malaysia (praca niepublikowana).
• [23] Praca zbiorowa, 1995. Identyfikacja i modelowanie warunków zalegania oraz wybierania trudno urabialnych kompleksów geologicznych zaburzonych złóż węgla brunatnego. Redakcja Górnictwa Odkrywkowego, Wrocław.
• [24] Schroeder D., Trumper R., 1993. Digging rock with bucket wheel excavators. Bulk Solid Handling, Vol. 13, No. 2.
• [25] Scoble M.J., Muftuoglu Y.V., 1984. Derivation of A Diggability Index for Surface Mine Equipment Selection. Mining Science and Technology, Vol. 1.
• [26] Strunk S., 2008. Optimising the production of problematic overburden in hambach opencast mine. 21st World Mining Congress, Kraków (materiały konferencyjne).
• [27] Szepietowski W., 1991. Klasyfikacja urabialności skał nadkładowych wielonaczyniowymi koparkami kołowymi. Górnictwo Odkrywkowe, Nr 1, Wrocław.
• [28] Uysal O., 2011. The effect of mechanical properties of rock on the performance of down-the-hole drills. Arch. Min. Sci. 56, 2.
• [29] Weaver J. M., 1975. Geological Factors Significant in the Assessment of Rippability. Civil Engineering in South Africa, Vol. 17.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)