Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса и постоновка задач исследований 13
1.1.Современное состояние минерально-сырьевой базы высокопрочного камня Урала 13
1.2. Технологии и оборудование для разработки гранитных месторождении 23
1.2.1. Буровзрывной способ отделения блоков 28
1.2.2. Термогазоструйный способ отделения блоков 30
1.2.3.Способ добычи блоков с помощью канатно -алмазных пил 32
1.2.4.Комбинированные способы направленного отделения блоков 34
1.2.5. Буроклиновой способ отделения блоков 37
1.3 Исследование изученности шпурового способа добычи блочного камня с применением НРС 38
1.4 Цель и задачи исследований 47
2. Исследование зависимости технологических параметров шпурового способа добычи гранитных блоков от физико -механических свойств природного камня и эффективности распорного воздействия НРС 49
2.1.Энергетическая модель упруго -хрупкого разрыва горной породы вдоль строчки шпуров под воздействием распорных средств 49
2.2. Силовое условие зарождения радиальных трещин на стенках шпуров 56
2.3.Анализ взаимосвязи удельной работы трещинообразования от предела прочности материала горной породы. Классификация природного камня 60
2.4.У становление зависимости удельной поверхностной энергии от физико -механических свойств материала горных пород 63
2.5.0боснование и расчёт наведённых радиальных трещин в околошпуровой зоне 71
3. Исследование и обоснование эффективной работы расширения нрс при шпуровой добыче блочного камня 83
3.1 .Расчётная величина, необходимой удельной энергии отрыва объёмов камня от массива, при шпуровом способе его добычи 83
3.2. Способы и методика лабораторной оценки эффективности распорного воздействия НРС различных марок 88
4. Основы расчёта рациональных технологических параметров шпурового способа добычи природного камня с применением НРС 99
4.1.Разработка технико -экономической модели процесса подготовки объёмов камня к выемке 100
4.2. Методика расчёта оптимальных
4.3. Технологических параметров 104
4.4. Экономический эффект от применяемых рациональных параметров технологии добычи гранитных блоков 112
Выводы 114
Заключение 116
Литература 119
- Технологии и оборудование для разработки гранитных месторождении
- Силовое условие зарождения радиальных трещин на стенках шпуров
- Способы и методика лабораторной оценки эффективности распорного воздействия НРС различных марок
- Технологических параметров
Введение к работе
Природные облицовочные камни широко применялись и применяются в различных областях народного хозяйства: архитектуре, строительстве, технике, художественной обработке камня. Развитие и освоение новых методов добычи и обработки природного облицовочного камня позволило существенно расширить область использования камня и значительно снизить его стоимость.
Сооружение промышленных предприятий и объектов культурно бытового назначения, широкое строительство новых линий метрополитена, большой рост капитального строительства, а также стремление специалистов сделать эти постройки долговечными и выразительными потребовали значительного увеличения объёмов производства облицовочных материалов из природного камня. Это в свою очередь ведёт к необходимости расширения сырьевой базы -выявления новых месторождений природного облицовочного камня и увеличения его ассортимента, в том числе и разновидностей, характеризующихся высокой декоративностью. За последние годы в нашей стране значительные успехи достигнуты в выявлении и разведке новых месторождений. Камнедобывающая и камнеобрабатывающая отрасль промышленности, в России как никакая другая отрасль строительных материалов, развивается очень высокими темпами. Подтверждение того можно найти и в материалах зарубежной печати [ 108, 109 ] где освещены все аспекты развития каменной промышленности за последние годы на всемирном макроэкономическом уровне. Мировой макроэкономический анализ рынка камня показывает , что доход от экспорта каменной продукции во многих странах растёт со скоростью, которая просто немыслима для развитых стран. Помимо Китая, где был зарегистрирован максимальный процент дохода, эта тенденция наблюдается в России, Болгарии, Хорватии, Венгрии, Индии, Малайзии, Марокко, Румынии, Словакии, Словении, Южной Африке, Южной Корее, Тайване, Таиланде и Турции. Л уровень благосостояния таких развивающихся стран как Китай, Россия, Индия и Австралия составляет половину благосостояния всей планеты [97].
Италия является основным экспортёром во всём мире, но за последние четыре года отмечалось ежегодное сокращение количества её товаров в размере 1,5%? значительное снижение наблюдалось также в Испании, Португалии и Греции. Китай отстаивает свои позиции лидера, его долк в производстве камня в мире на 2003 год составила свыше 20%. Основные тенденции развития рынка камня в мире освещены в специализированных научно -технических изданиях [57,58,65,97,106],
Для камиедобытчиков и камнеобработчиков актуальнейшей проблемой является увеличение изготовления необходимых полированных изделий из камня, главным образом, за счёт рациональной добычи и использования блоков, Л это возможно применяя более современные, менее трудоёмкие и материалоёмкие , технологические комплексы, позволяющие снизить их себестоимость.
К настоящему времени, техника и технология добычи блоков природного камня из прочных горных пород, осуществляется преимущественно буроклиновым, буровзрывным, реже термогазоструйным и с помощью канатно -алмазных пил способами. Однако, качество добываемых блоков в части соблюдения их формы и размеров, монолитности камня, не всегда удовлетворительные. Потому как добыча блоков из высокопрочных пород, в большинстве карьеров, осуществляется с применением взрывных способов отделения камня от массива, которые приводят к резкому снижению выхода продукции из добываемого сырья и её качества, особенно в части монолитности камня . А что касается буроклиновьгх способов, то на данный момент, карьерами используются устаревшие технологические схемы ведения горных работ.
Актуальность работы. С началом установления рыночных отношений в России, несмотря на кризисное положение сё экономики в целом, в последнее десятилетие на Урале, а равно и в других регионах, формируется крупный промышленный комплекс по добыче и обработке природного облицовочного камня. Основным фактором неуклонного подъёма отрасли является огромная сырьевая база, наилучшим образом освоенная в северо-западном и уральском регионах, а также рыночный спрос на строительно-облицовочные изделия из природного камня. В структуре отечественного производства преобладают изделия из мрамора и мраморизованных известняков (65%), а также гранита и других прочных пород (35%). Анализ рынка сбыта блоков облицовочных изделий показывает, что постоянно ощущается дефицит на декоративный высокопрочный камень.
Очевидно, что с повышением прочности природного камня существенно возрастают трудоёмкость и себестоимость его добычных работ, резко снижаются годовые показатели объёмов производимой продукции. Наиболее трудоёмки и капиталоёмки процессы подготовки камня к выемке, а именно процесс отделения камня от массива, который и предопределяет большую часть труда и средств (50-90%) в себестоимости блочной продукции.
Дальнейшее повышение эффективности добычных работ шпуровым способом, широко применяемым на месторождениях высокопрочного камня, связано с поиском рационального сочетания параметров буровых работ и возможностей технических средств оказывать необходимое распорное воздействие на стенки шпуров с целью образования направленной трещины отрыва на основе анализа как структуры затрат, так и энерго -силовых условий отделения объёмов камня от массива.
Существующая практика добычи блочных гранитов и другого прочного камня не располагает надёжными рекомендациями по выбору рациональных параметров шпурового способа отделения камня от массива с применением невзрывчатых разрушающих средств (НРС) и основывается на конкретном опыте каждого предприятия. Поэтому научное обоснование рациональных технологических параметров добычи высокопрочного декоративного камня шпуровым способом с применением невзрывчатых разрушающих средств (ЫРС), обеспечивающих минимальные эксплуатационные затраты и потери блочной продукции, является актуальной научно-технической задачей.
Цель работы заключается в научном обосновании рациональных параметров технологии добычи камнеблоков шпуровым способом с применением НРС.
Идея работы состоит в том, что повышение эффективности добычи камнеблоков достигается минимизацией удельных эксплуатационных затрат при подготовке объемов камня к выемке за счет рационального сочетания параметров буровых работ и качественно-количественного состава НРС с учетом прочности добываемых горных пород.
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:
- исследовать влияние технологических параметров шпурового способа добычи, производительности и режимов работы бурового оборудования, энергосиловых показателей НРС, прочности природного камня на разрыв и технологических потерь блочной продукции на величину удельных эксплуатационных затрат в связи с подготовкой объёмов камня к выемке;
- исследовать, на основе энергетического метода, условия зарождения радиальных трещин нормального разрыва и развитие магистральной трещины в массиве при статическом внутри шпуровом давлении;
- обосновать путём составления энергетического баланса разрыва горной породы вдоль строчки шпуров необходимую удельную работу расширения НРС;
разработать комплексную методику расчета оптимальных и выбора рациональных технологических параметров, минимизирующих удельные эксплуатационные затраты шпурового способа добычи блочного камня.
Основные научные положення, выносимые на зашиту.
1. Рациональные значения технологических параметров шпурового способа добычи блочного камня с применением НРС достигаются минимизацией удельных эксплуатационных затрат процесса подготовки объёмов камня к выемке по разработанной экономию -математической модели, учитывающей технологические потери блочной продукции, как функцию параметров способа добычи.
2. Экономике —математическая модель процесса включает стоимостную оценку трудоёмкости буровых работ , затрат на приобретение и применение распорных средств ( НРС), а также энергетические затраты на образование и развитие магистральной трещины отрыва монолита от массива вдоль строчки шпуров, и таким образом обеспечивает возможность обоснования эффективной удельной работы НРС для различных значений трещиностойкости камня.
3. Трещиностойкость материала породы характеризуется потенциальной энергией деформации чистого сдвига» которая принята в качестве критерия при создании классификации сопротивляемости природного камня разрывающему воздействию в процессе отделения объёмов камня от массива шпуровым способом. При этом установленная линейная корреляционная связь между данной удельной энергией и пределом прочности на разрыв даёт возможность классифицировать материал природного камня по показателю прочности на пять классов.
4. В пределах каждого класса разработанной классификации трещиностойкости природного камня с ростом предела прочности на разрыв рациональные величины диаметра шпура увеличиваются, а расстояния между осями шпуров уменьшаются.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается:
исходными данными и предпосылками предшествующих работ, отечественных и зарубежных исследований в данной области;
непротиворечивостью полученных результатов фундаментальным положениям физики разрушения горных пород, статическим и квазистатическим теориям прочности;
хорошей сходимостью прогнозных оценок расчетной эффективной работы НРС с результатами экспериментальных исследований;
апробацией и положительными результатами применения рекомендуемых рациональных технологических параметров в производственных условиях. Научная новизна работы :
предложена оптимизационная экономико -математическая модель шпурового способа отделения блоков камня от массива с применением распорных средств, основанная на установленной с помощью энергетического метода взаимосвязи основных технологических параметров бурения шпуров от удельной работы НРС и физико-механических свойств породы, отражающих её трещиностойкость при нормальном разрыве;
обоснована величина эффективной удельной работы расширения НРС, обеспечивающая образование магистральной трещины разрыва вдоль строчки шпуров при минимальных эксплуатационных затратах процесса отделения объёмов камня от массива и разработаны методики для определения энергетических характеристик существующих и вновь создаваемых НРС в лабораторных условиях;
предложена энергетическая классификация горных пород, применяемых в качестве строительного и облицовочного материалов, определяющая степень трещин остой кости природного камня в технологических процессах его добычи и разделки;
- разработан метод расчёта оптимальных технологических параметров шпурового способа добычи природного камня различной прочности, обеспечивающих минимальные эксплуатационные затраты в процессе подготовки объёмов камня к выемке.
Практическая значимость работы состоит в разработке методических принципов:
- прогноза и расчета необходимой и достаточной удельной работы НРС, дающей возможность эффективно осуществлять добычу высокопрочного камня шпуровым способом;
- оценки работоспособности НРС с целью лабораторного экспресс-анализа исходного качества порошка и сравнения различных марок рабочей смеси;
- для обоснования и выбора рациональных технологических параметров шпурового способа добычи камнеблоков в зависимости от работоспособности НРС и прочности камня, что позволило минимизировать удельные эксплуатационные затраты и технологические потери блочного сырья.
Реализация результатов работы.
Основные выводы и рекомендации работы были использованы при разработке технологической инструкции по добыче блоков гранита на Мансуровском месторождении ( ОАО «Мансуровский комбинат строительных материалов», п. Мансурово). Кроме того, они могут быть использованы при подготовке и реализации проектов разработки, строительства и реконструкции карьеров по добыче гранитов уральского региона (Суховязского, Сибирского, Мансуровского и др.).
Расчётный экономический эффект от внедрения полученных результатов на Мансуровском месторождении облицовочного гранита составит 0,8 тыс. руб./м3 блоков (в ценах 2004 года).
Результаты исследований используются в учебном процессе при проведении практических занятий и чтении лекций по курсу; «Добыча и обработка природного камня».
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на конференциях: «Теория и практика добычи и обработки природного камня» (Магнитогорск -2001-2004г,); «Совершенствование методов поиска и разведки, технологии добычи и переработки руд» (Красноярск, 1999г.); «ГСамнеобработка —2004» (г, Москва); «Итоги выполнения НИР МГТУ за 1999-2002г.(Магнитогорск) ; па заседании научного семинара кафедры МиЭГП, МГТУ (Магнитогорск, 1999-2002г.)
При решении поставленных в диссертации задач использованы следующие методы научных исследований .анализ литературных данных и существуюшего опыта добычи блоков гранита; технико-экономический анализ, аналитические и графико-аналитические методы, математическое и экспериментальное моделирование.
Технологии и оборудование для разработки гранитных месторождении
Добычу блоков из прочных горных пород осуществляют такимиспособами, как буроклиновой, буровзрывной, реже с помощью канатно -алмазных пил и термогазоструйный.
Первые труды по технологии разработки месторождений блочного камня даны и ранних изданиях учебников [97,98],[40,41], а полные сведения о технологических процессах добычи блоков приведены в работах [60,67,69].
Эффективность функционирования технологических комплексов на карьерах определяется многими факторами: природными, технологическими, организационными и экономическими- Большое влияние на выбор комплекса оказывают природные факторы: структурные особенности массивов, физико — технические свойства горных пород, размеры и условия залегания толщи полезного ископаемого, топография поверхности карьерного поля, климатические условия и др.
Комплексы оборудования для добычных работ должны выбираться с учётом применяемого способа отделения блоков от массива и последующего распила блоков на облицовочную плитку.
Добычу природного камня открытым способом осуществляют по трём схемам : одностадийной [48], двухстаднйной [47,48] и трёхстадийной (финский метод)[103]. При одностадийной схеме предусматривается получение готовых блоков сразу после отделения их от массива, А при двухстаднйной схеме готовую продукцию получают с помощью дополнительных операций, после отделения блоков от массива которые обычно выполняются в пределах рабочей зоны. Основное же отличие трёхстадийной схемы от двухстаднйной заключается в отделении больших по объёму монолитов, которые затем раскалываются на куски меньших размеров с последующей их разделкой на блоки.
Одностадийная схема предусматривает получение готовой продукции после отделения блока от массива (рис 1-І). Этой операцией достигается выемка блоков заданных размеров и формы, близкой к стандартной. Применение одностадийной схемы связано с небольшим расстоянием между первично-пластовыми трещинами, не превышающим 2 м. При бурении шпуров в данном случае применяют ручные перфораторы (до 1 м) или установки строчечного бурения, которыми по линии откола блока пробуривают строчку шпуров с расстоянием 150-400 мм, в которые затем закладывают НРС, гидравлические или механические клинья, и с помощью их осуществляют отделение блока.
Необходимость двухстадийной добычи связана с большими размерами добываемых блоков (монолитов) (рисЛ .2) при использовании природной трещиноватости массива. Отделенный от массива монолит в этом случае отличается от требуемых техническими условиями размеров и должен подвергнуться разделке на блоки требуемых размеров и формы.
Технология двухстадийной добычи блоков включает два этапа; отделение от массива монолита объемом 30-50 м3 с последующим опрокидыванием его на рабочую площадку и вторичную разделку. Разделку блоков ведут одним из известных способов на рабочей площадке уступа, на специально выделенном для этого участке карьера или при наличии мощной грузоподъемной техники за его пределами.
Применяют двухстадийные схемы при среднем расстоянии между первично-пластовыми трещинами от 2 до 6 м. Для отделения монолитов от массива используют низкобризантные патронированные ВВ (взрывчатые вещества) со средним расходом 30-80 г/м3 либо НРС. Технология двухстадийной добычи включает два этапа : выемку крупноразмерных блоков монолитов и их вторичную разделку. Первый этап схож с одностадийной технологией и отличается от неё размерными характеристиками отделяемых блоков- Второй этап схож с обработкой камня и отличается от последнего лишь особенностями, связанными с размерами обрабатываемых блоков. Как показывает опыт, эта технология добычи особенно эффективна при разработке месторождений со слаботрещиноватой толщей горных пород.
Силовое условие зарождения радиальных трещин на стенках шпуров
Таким образом, в дальнейших технологических расчётах удельная энергия трещинообразования будет выражаться и расчитываться, как удельная энергия деформации чистого сдвига материала породы, то есть: і Являясь комплексным, данный показатель всесторонне отражает упруго-хрупкие свойства камня при технологических операциях, связанных с его добычей и обработкой методами направленного раскола, В этом случае наиболее реально прочность камня будут отражать, так называемые, косвенные методы определения прочности горной породы при растяжении, а именно, методы направленного раскалывания образцов, регламентированные ГОСТом 21153.3-80.
На основании физико-механических характеристик горных пород, опубликованных в справочной технической литературе [27] [64], рассчитана удельная работа трещинооброзования и построен график зависимости работы от прочности камня на разрыв (см. рис 2.4,). Как видно из рисунка, данный график с достаточной для инженерных расчётов точностью можно аппроксимировать линейной зависимостью вида:для всех горных пород в исследуемом диапазоне прочности свойств, когда Ор 20МПа.
Получение линейной зависимости (2,17.) для широкого спектра прочности природного камня существенно упрощает технологические расчеты по определению рациональных параметров. Кроме того, наличие тесной корреляционной связи между аа и сгр дает возможность классифицироватьпороды по значению аа , то есть по удельной работе трещинообразования .
Классификацию построим по принципу, предложенному академиком Ржевским В.В., согласно которому все горные породы, используемые в качестве строительного и облицовочного материалов, разобьём на пять классов. Результаты предложенной классификации приведены в таблице. Численное решение (2,6,) возможно при наличии величины ур для широкого спектра прочностных свойств камня. Однако экспериментальное определение предельной поверхностной энергии конкретного материала горной породы сопряжено как с техническими трудностями, так и методическими расхождениями. Поэтому на настоящий момент имеются лишь отдельные разрозненные данные относительно величины ур [96], не дающие возможность комплексно оценить взаимосвязь данного энергетического параметра с другими физико-техническими свойствами породы. Линейная механика упруго-хрупкого разрушения тел для трещин нормального разрыва даёт зависимость поверхностной энергии ур от константы материала К/с , называемой коэффициентом интенсивности напряжений при нормальном разрыве:
Как видим, Кіс комплексно отражает физико —механические свойства материала породы, поэтому его часто отождествляют с таким свойством, как вязкость разрушения.
Приведённая зависимость (отражает случай плоского напряжённого состояния) позволяет рассчитать значения ур ,если известна величина К[0 для конкретного материала.
Экспериментальное определение вязкости разрушения К/о на практике осуществляется по различным схемам, при этом перед исследователями встают такие вопросы, как:-выбор наиболее рациональной формы и размеров образца, а так же схемы нагружения;-создание искусственных трещин определённой длины; -регистрация кинетики развития трещины от величины нагрузки.
В зависимости от вида материала и возможности исследователей эти вопросы в применяемых на практике методах решаются каждый раз индивидуально , поэтому универсального общепризнанного метода на сегодня указать невозможно. Применяемые на практике методы можно разделить гга следующие группы:-прямые методы измерения кинетики трещинообразования; -методы, в которых используготся корреляционные зависимости вязкости разрушения, то есть значение коэффициента Кю от других наиболее просто измеряемых констант;-методы, основанные на решении конкретных задач линейной механики разрушения.
Способы и методика лабораторной оценки эффективности распорного воздействия НРС различных марок
Наряду с разработкой аналитического аппарата для расчёта необходимой энергии распора НРС практиков интересуют методики и лабораторные устройства для определения энергетических характеристик существующих НРС, Лабораторные исследования позволяют оперативно и достоверно произвести оценку качества исходного порошка при приготовлении смеси НРС перед его употреблением, а также сравнение работоспособности различных марок НРС, Подробное описание существующих устройств и методов оценки рабочих характеристик НРС приведено в работах [91,101], Ниже рассмотрим метод расчета удельной энергии НРС применительно к устройству, разработанному «Проблемной лабораторией разрушения горных пород» Московского государственного горного университета (МГГУ). Этой лабораторией под руководством Христолюбова В. Д. разработаны метод и устройство по определению во времени развиваемого НРС усилия расширения, как основной технологической характеристики, отражающей качество НРС. Устройство (рисЗ.З) состоит из сварной металлической конструкции 1, на основании которой установлена рабочая камера 2, выполненная из двух стальных частей с симметричными полуцилиндрическими полостями, моделирующими шпур. Устройство снабжено динамометром 3, который монтируется между камерой и прижимным винтом 4. Ось прижимного винта должна быть перпендикулярна оси рабочей камеры. В комплект устройства входят полые полуцилиндр ические вставки, что даёт возможность уменьшать диаметр полости рабочей камеры, и тем самым моделировать изменение диаметра шпура. Подготовленную в соответствии с инструкцией предприятия-изготовителя рабочую смесь заливают в полость рабочей камеры до полного заполнения объёма. Затем путём вращения пинта 4 устанавливают предварительную нагрузку на рабочую камеру. Изменение нагрузки во времени по отношению к её предварительной величине контролируют показаниями динамометра. При этом (так же во времени) производят и замеры относительного перемещения полуцилиндров камеры, то есть измеряют величину раскрытия щели между полуцилиндрами. По полученным результатам строят графики зависимости развиваемого смесью давления и величины её линейного расширения во времени, В условиях «Проблемной лаборатории разрушения горных пород» МГГУ на устройстве, описанном выше, были проведены испытания НРС типа "FRAST AG" итальянской фирмы "Кимика Эдиле", Испытания проводили одновременно на четырёх одинаковых установках с разным по величине усилием предварительного поджатая : 5; 10; 15 и 20 кН соответственно. Приэтом во времени измеряли усилие и соответствующее линейное расширение рабочей смеси- Давление, развиваемое смесью, рассчитывали по формуле: где р - величина нагрузки по динамометру, Н;hK, dK высота и диаметр полости рабочей камеры, м.
В таблице 3.1 приведены результаты измерения контролируемых параметров. На рисунках 3.4 и 3.5 представлены кривые изменения давления и линейного расширения рабочей смеси во времени для различных усилий предварительного поджатая. Из результатов эксперимента следует, что: -максимальное давление рабочей смеси НРС увеличивается по мере роста силы предварительного поджатая;-линейное расширение рабочей смеси обеспечивается, в основном, жёсткостью пружинного элемента динамометра и снижается с ростом усилия предварительного поджатая.
Как видим, "жесткость" системы измерительного устройства определяет величину максимального давления рабочей смеси таким образом, что с уменьшением линейного расширения рабочей смеси НРС, обусловленного упругой деформацией пружиной динамометра, увеличивается максимальное давление рабочей смеси. Поэтому с целью определения предельно -возможного давления НРС необходимо линейное перемещение, связанное с упругими деформациями пружинного элемента динамометра максимально уменьшать либо полностью устранить- Для этого нужно периодически с определенным шагом увеличивать усилие предварительного поджатая по мере достижения текущим значением уровня предварительного поджатая.
Максимальное усилие давления смеси на стенки шпура характеризует возможность НРС образовать (зародить) трещину разрыва по мере приближения величины давления к пределу прочности горной породы на разрыв. Согласно современной энергетической концепции квазихрупкого разрушения горной породы отрывом, одна часть энергии разрушения затрачивается на образование трещины разрыва, а другая -на её развитие. Поэтому полной всесторонней характеристикой эффективности воздействия НРС на горную породу будет являться удельная работа, совершаемая НРС в процессе направленного раскола через внутреннее давление в шпурах.
Технологических параметров
Минимальным удельным затратам соответствует экстремальное условие: решение которого дает неполное уравнение 4-го порядка: Для численного расчета технологических параметров по уравнению (4.9.) необходимо определить величину скорости бурения V& удельную работу бурения Ауд, расход твердосплавного инструмента Ryd а также проанализировать статьи эксплуатационных затрат. При обобщении широких промышленных результатов перфораторного бурения шпуров при добыче блочного камня проф. М.Т. Мамасоидовым были получены следующие корреляционные зависимости [2]: уд Л п6 360 = 16-/1 25 (МПа); Д, --Т5Г (м); к = JT м/с где щ - удельная мощность бурения, то есть мощность, приходящаяся тга единицу площади шпура (рекомендуемые значения п& = 1,25 - 1,5 МПа -м/с) ; /-крепость породы по Протодьяконову; Ri -наработка твердосплавного инструмента, м. Используя известные соотношения между крепостью , прочностью породы на сжатие и растяжение, возможна запись приведённых выше показателей через ор [99]: Удельный расход и наработка твердосплавного инструмента связаны следующей зависимостью: где &УК -предельный объёмный износ коронки, м3; Атк -предельный массовый износ коронки, кг; Тин -удельный вес инструмента, кг/м3; к -Диаметр коронки, м. В таблице 4.1. приведены расчётные показатели процесса бурения шпуров, рассчитанные по вышеприведённым формулам М.Т. Мамасаидова в зависимости от прочности камня на разрыв. Так как корреляционная зависимость по наработке твердосплавного инструмента М.Т. Мамасаидовым получена для однодолотчатых коронок, то в случае применения других коронок (трехдолотчатых, крестовых) необходима корректировка коэффициента пропорциональности в формуле, определяющей Ri С учётом (4.10.) удельную стоимость электроэнергии, инструмента и НРС в окончательном виде запишем следующим образом: где Ск -стоимость коронки, руб/шт. Затраты С0 включают расходы по заработной плате рабочих, занятых на обслуживании установки, амортизационные отчисления, стоимость содержания оборудования и ремонт. Затраты по заработной плате могут изменяться в зависимости от того, какой тарифный разряд у рабочего, находящегося на обслуживании установки, от часовой тарифной ставки, от суммы доплат к заработной плате и т.д. Основу затрат по данной статье составляет заработная плата рабочих - до 75 %.
Расчет и сравнение удельных затрат по приобретению и расходу НРС, твердосплавного инструмента и электроэнергии показывают, что определяющими затратами являются расходы, связанные с приобретением и применением НРС — до 95 %. Причем расход твердосплавного инструмента и электроэнергии в значительной степени связаны с прочностью горной породы.
Таким образом, анализ стоимостных параметров показывает, что определяющими поэлементными затратами являются расходы, связанные с приобретением НРС и заработной платой рабочих. Поэтому отношение параметров С/с\в наибольшей степени оказывает влияние на конечные результаты исследуемой модели. Для условий работы Мансуровского гранитного карьера отношение стоимостных параметров составило С /С. =0,9 10"3 м3/ч. Сравнение этих данных с среднеотраслевым уровнем дает возможность определить возможные минимальные и максимальные значения рассчитываемого параметра:
Графические зависимости изменения оптимальных технологических параметров шпуровой отбойки блоков гранита с использованием НРС от предела прочности породы на растяжение при различном соотношении эксплуатационных затрат приведены нарис 4.1 .а и Ь, при этом в расчётах были приняты следующие параметры и показатели: Kuo=Q,75; Sp = 0,55 Ум; к Анализ технико-экономической оценки оптимальных параметров подготовки объёмов камня к выемке шпуровым способом с применением НРС показывает, что с повышением прочности камня диаметр шпура необходимо увеличивать, расстояние между шпурами соответствующим образом уменьшать, этим будет достигаться минимизация эксплуатационных затрат, связанных с расходом на буровые работы и приобретение НРС (рисАІ). С ростом отношения С//С и снижением скорости бурения VG при прочих Влияние величены аирс на оптимальное значение ҐПШП несущественно, если НРС имеет постоянный энергетический тариф, т.е. Cm »pc=const, тогда как оптимальное межшпуровое расстояние Стит пропорционально возрастает с увеличением анрс (рие.4.2).
Одним из значимых факторов, влияющих на оптимальные величины cfnutr! и f ton. помимо экономических показателей, является коэффициент kn технологических потерь камня, С увеличением технологических потерь (к„1-г5) снижаются значеггия оптимальных параметров dmmn , {пШп и опшп (табл. 4.2-), а минимальные эксплуатационные затраты Cvmm, связанные с подготовкой объёмов камня к выемке, повышаются на 7-И 5% с ростом прочности от Ор=5МПа до ар=25МПа (рис.43.).
При постоянном энергетическом тарифе на НРС минимальные эксплуатационные затраты Cvmm незначительно зависят от величины анрс до значений прочности ар =15МПа, для высокопрочных пород, когда стр 15МПа, предпочтение следует отдавать более эффективному НРС, в этом случае обеспечивается снижение уровня Сушш (рис.4.4).
