Обогащение горной массы по прочности

Постоянный рост цен на углеродоводородные энергоносители (газ и нефть) заставляет обратить внимание на такие энергоносители, как водоугольные суспензии и водоугольные топлива. Внедрение ВУТ обеспечивает практическое полное сгорание (98%) и снижение вредных выбросов в атмосферу. Основой водоугольных суспензий (ВУС) и водоугольных топлив (ВУТ) являются наличие в топливе тонких угольных частиц и жидкой фазы – воды. Поэтому одной из основных операций подготовки сырья при производстве ВУС и ВУТ есть дробление и помол угля. В связи с этим возможно применение обогатительных машин в основу которых положен принцип избирательного дробления ценного компонента по прочности [1, 2].

Авторами предложена новая схема сухого обогащения по прочности, которая предусматривает силовое отделение частей одного компонента от другого. Принцип работы машины обогащения по прочности представлен на рис. 1.

Рис. 1. Схема обогащения угля по прочности.

Шнековая машина избирательного дробления работает таким образом. Горная масса попадает на шнеки 1 из принимающего лотка 3. Повод 2 приводит в движение шнеки 1, которые вращаясь двигают куски горной массы в направлении подвижного зуба 6. Горная масса надавливает на подвижной зуб 6, что приводит к его подъему и сжиманию пружины 7 в случае действия куска породы с дальнейшим движением породы вдоль шнеков 1 и сбросом в бункер породы 4. В случае взаимодействия подвижного зуба 6 с ценным компонентом происходит измельчение и просыпание в бункер ценного компонента 5.

Рассмотрим процесс взаимодействия горной массы с рабочими органами машины избирательного дробления (рис. 2). При дроблении угля подвижным зубом в зоне контакта наклоненной под углом а возникают нормальные p и тангенциальные т давления. Примем, что нормальные давления p равны прочности на сжатие угля а6. Тогда силу прижатия пружины необходимую для дробления угля можно найти равновесия подвижного зуба:

^ F = 0; - F + pS cos(a)-TS sin (а) = 0 - где S - площадь контакта.

Рис. 2. Схема определения контактных давлений.

из условия

Сделаем допущение, что нормальная и тангенциальная составляющие контактного давления связаны законом Кулона:

^т = и ,                                   (2)

где и - коэффициент трения горной массы по поверхностям рабочих органов.

Подставляя 2 в 1 и решая относительно F :

F = a^ S (cos ( a ) - p sin ( a ) ) .

При взаимодействии породы с подвижным зубом на него действует нормальное давление p равное о^ и тангенциальное т = ро^. Со стороны шнека на него действуют контактные давление навивки p0 , т0  и контактные давления со стороны оси pr, тг.

Составим условие равновесия куска горной породы:

Z F? = 0 ;

- S i p cos ( a ) + p S i p sin ( a ) +

+ S 2 p₀ sin ( p ) cos ( e ) + p S 2 p₀ cos ( p ) cos ( e ) + S 3 p r sin ( в ) + p S 3 p r cos ( p ) sin( в ) = 0

Z F ix = 0 ;

S i p sin ( a ) + p S i p cos ( a ) +

— S 2 p ₀ cos (

)cos(p)+ pS2p₀ sinpp)cos(e)+pS3pr sin(p)cos(e) = 0

Приравняем площади контакта в виду их малой различности Si = S2 = S₃и выражая p₀ и pr можно получить контактные давления взаимодействия рабочих органов с породой:

p0 = fiV^o^,a, ^e,p);

pr = f2 ⁽^o^,a, ^e,P)

На рис. 3 представлены распределения контактных нормальных давлений p₀ и pr от угла подъёма винта шнека p.

Рис. 3 График изменения нормальных контактных давлений: ...... - p₀ и--pr.

Из анализа графиков изменения нормальных контактных давлений p⁰ и ^pr возможно сделать вывод о обратной пропорциональной зависимости давления между осью шнека и породой от угла подъема винта

ϕ и прямой пропорциональности зависимости давления между породой и витками шнека от угла подъема винта ϕ .

Полученные зависимости позволять установить силовые параметры процесса избирательного дробления при обогащении угля, которые определяют основные параметры конструкции шнековой машины избирательного дробления.