Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние добычных работ на карьерах природного камня. Направления исследований 7
1.1. Краткая геолого-промышленная оценка основных месторождений Урала 7
1.2. Состояние технологии добычных работ на карьерах природного камня Урала 19
1.3. Обзор литературы по технологии добычи природного камня. Направления исследований 31
Выводы 34
2. Исследование эффективности подготовки к выемке выветрелых вскрышных пород 36
2.1. Подготовка к выемке выветрелых вскрышных пород добычным оборудованием , 36
2.2. Механическое рыхление вскрышных пород 39
2.3. Рыхление вскрышных пород с использованием невзрывчатых разрушающих средств 40
2.4. Подготовка вскрышных пород к выемке с использованием методов специального предохранительного взрывания 42
2.4.1. Необходимость производства взрывных работ на подготовке к выемке выветрелых вскрышных горных пород 42
2.4.2. Технологические особенности проведения буровзрывных работ на подготовке к выемке выветрелых вскрышных горных пород 46
2.4.3. Исследование сейсмического действия взрывов на месторождениях природного камня 55
Выводы 76
3. Исследование камнерезного способа добычи природного камня 78
3.1. Исследование технологии добычи камня баровыми камнерезными машинами 80
3.2. Исследование алмазоканатного и комбинированного резания на карьерах 87
3.2.1. Исследование износа алмазного каната 88
3.2.2. Исследование технологии алмазоканатного и комбинированного резания на уральских карьерах 94
Выводы 101
4. Исследование зависимости выхода и качества блоков от техноло гии добычи 102
4.1. Анализ применяющихся технологий добычи блоков 102
4.2. Исследование зависимости выхода блоков от способа добычи и направления фронта добычных работ 105
4.3. Исследование зависимости качества блоков от глубины и шага бурения при буроклиновом способе добычи 114
4.4. Исследование буровзрывного способа отделения от масси ва монолитов и блоков природного камня 122
4.4.1. Анализ зарубежного опыта по разрушению природного камня взрывным способом 122
4.4.2. Исследования подготовки к выемке монолитов блочного гранита зарядами мягкого взрывания 124
4.4.3. Исследование разрушающего действия зарядов ГДК (ГДШ) на отделении от массива монолитов на Мансуровском месторождении гранита 131
4.4.4. Отделение монолитов от массива детонирующим шнуром на Удаловском месторождении гранита 139
Выводы 144
Заключение 146
Список литературы
- Состояние технологии добычных работ на карьерах природного камня Урала
- Рыхление вскрышных пород с использованием невзрывчатых разрушающих средств
- Исследование алмазоканатного и комбинированного резания на карьерах
- Исследование зависимости качества блоков от глубины и шага бурения при буроклиновом способе добычи
Введение к работе
Актуальность темы. На подготовке к выемке блоков из горных пород средней прочности до настоящего времени применяются низкопроизводительные способы резания камня - камнерезными машинами с кольцевой фрезой и цепным баром. Добыча блочного камня на многих месторождениях осуществляется вертикальными уступами, без учета природной трещиноватости массива. Это приводит к значительным потерям кондиционного сырья и снижению выхода блоков из горной массы.
При подготовке к выемке прочных горных пород на большинстве месторождений гранитов применяется короткошпуровая схема бурения по контуру откола, в результате чего основной объем добываемых блоков имеет неправильную форму и не соответствует стандарту.
Применение взрывания на подготовке к выемке блочного камня с использованием непригодных для этих целей взрывчатых материалов приводит к образованию недопустимой трещиноватости в массиве и в отделяемых от него блоках, а это ведет за собой потери сырья и снижение качества блоков.
Актуальность темы обусловлена необходимостью дальнейшего совершенствования технологических процессов и перехода на более рациональные схемы подготовки к выемке блоков природного камня, обеспечивающие повышение качества продукции, рост объемов добычи при одновременном снижении затрат на производство.
Объектом исследования в диссертации является подготовка к выемке блоков на месторождениях природного камня Урала.
Предметом исследований являются способы подготовки к выемке блочного камня различной прочности: камнерезный, буроклиновой и буровзрывной.
Цель работы заключается в установлении оптимальных технологических параметров подготовки к выемке горных пород на добыче природного камня.
Идея работы заключается в оптимизации технологических параметров подготовки к выемке блоков за счет использования природной трещиноватости массива при резании и минимально необходимого ослабления поверхности при отколе камня.
Основные задачи исследований:
изучение состояния технологий производства добычных работ на уральских карьерах природного камня;
исследование эффективности алмазоканатного резания на добыче блочного камня средней прочности в зависимости от производительности резания и износостойкости алмазного каната;
изучение зависимости выхода блоков из массива на месторождениях природного камня средней прочности от способа подготовки к выемке и направления резания по отношению к преобладающей системе природной трещиноватости горных пород;
исследование возможностей и условий применения взрывания на добыче гранитных блоков;
исследование сейсмического действия взрыва при предохранительном взрывании на месторождениях природного камня.
Методы научных исследований. В процессе подготовки работы были использованы следующие методы: анализ ранее выполненных научных исследований; обобщение отечественного и зарубежного производственного опыта; аналитические расчеты; натурные наблюдения; исследования на ЭВМ; опытно-промышленные испытания; теоретические исследования.
Научные положения, выносимые на защиту:
Выход блоков из горной массы на месторождениях природного камня средней прочности зависит от способа подготовки камня к выемке и направления резания по отношению к преобладающей системе природной трещиноватости массива.
При буроклиновом способе подготовке к выемке прочных горных пород качество блоков зависит от величины коэффициента ослабления массива по плоскости раскалывания.
При взрывной подготовке к выемке блочного камня во всех случаях в отделяемых монолитах и блоках возникает наведенная действием взрыва трещиноватость, размеры которой можно регулировать подбором типа специального взрывчатого вещества и расстояния между соседними зарядами.
Научная новизна результатов работы:
экспериментально установлена закономерность изменения выхода блоков от способа подготовки их к выемке и направления резания по отношению к преобладающей системе трещиноватости;
установлена аналитическая зависимость износостойкости алмазного каната от скорости резания горных пород средней прочности;
- определен характер влияния величины коэффициента ослабления
по плоскости откола на качество блоков при буроклиновом способе подго
товки к выемке прочных горных пород;
- установлены параметры трещиноватости, возникающей при отделе
нии гранитных блоков от массива взрывным способом с использованием
различных взрывчатых веществ и средств взрывания.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов обеспечивается сопоставимостью результатов, полученных экспериментальным и аналитическим путем. Результаты теоретических исследований и опытно-промышленных испытаний имеют расхождение не более 5.. .7 %.
Практическое значение. В результате выполненных исследований стало возможным:
- повышение коэффициента выхода блоков из горной массы на место
рождениях камня средней прочности за счет выбора способа подготовки
его к выемке и оптимизации направления резания с учетом природной
трещиноватости массива;
повышение качества блочного камня из прочных горных пород за счет перехода на длинношпуровую схему бурения шпуров по линии откола;
применение оптимальных технологических параметров при подготовке к выемке блочного камня с использованием взрывания путем подбора соответствующего взрывчатого вещества и расстояния между зарядами;
уменьшение сейсмически безопасных расстояний при предохранительном взрывании на месторождениях природного камня за счет применения поскважинного взрывания.
Личный вклад автора состоит: в организации, проведении и анализе результатов всего комплекса экспериментальных исследований; аналитическом обосновании эффективности алмазоканатного резания, зависимости выхода блоков из массива от способа подготовки к выемке и направления резания на месторождениях горных пород средней прочности, зависимости разрушающего действия взрыва от расстояния между зарядами при буровзрывном способе подготовки камня к выемке, формировании основных выводов и рекомендаций работы.
Реализация результатов работы.
Основные научные положения и рекомендации, изложенные в диссертационной работе, использованы при подготовке и реализации проектов разработки, строительства и реконструкции Южно-Коелгинского, Полев-ского, Глинского, Верхне-Уфалейского, Хамитовского и Походиловского месторождений мрамора и мраморизованных известняков. По результатам исследований подготовлены в соавторстве с проф. Г.В. Бычковым и инж. Р.В. Кокуниным учебно-методические пособия для использования в учебном процессе: «Общие вопросы проектирования камнеобрабатывающих производств» и «Расчет и выбор технологического оборудования для обработки природного камня».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях по тематике научного, практического и информационного обеспечения добычи и обработки природного камня, организуемых Центром Камня на базе ООО «Экспериментальный завод» (г. Реж) в 2002-2006 гг., на научно-технической конференции по проблемам развития камнеобработки на Урале в УГГГА (2000 г.), на научно-практической конференции «Природный камень в России» на 1-й Международной выставке «Камень-2004» в Москве, на международных научно-практических конференциях «Добыча, обработка, применение природного камня» в Магнитогорском государственном техническом университете в 2003-2006 гг.
Публикации. Всего автором опубликовано 20 научных работ, в том числе по теме диссертации -14 научных работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложена на 159 страницах машинописного текста, имеет 15 таблиц, 103 рисунка и список использованной литературы из 123 наименований.
Состояние технологии добычных работ на карьерах природного камня урала
Физико-механические свойства: плотность - 2,6...2,7 г/смг, водопоглощенне - 0,37...0,64 %, предел прочности при сжатии -92,8.. .2 і 0,6 МПа, коэффициент размягчения - 0,88, истираемость 0,03...0,32 г/см2.
Граниты представлены двумя разновидностями: равномернозернистые (величина зерен до 0,5 мм в поперечнике) и неравномернозернистые, обычно порфировидные (величина зерен до 1,0 мм); последние развиты, в основном, в западной и юго-западной частях месторождения. Переходы между указанными разновидностями постепенные и трудно различимые.
Текстура гранитов массивно-кристаллическая, но характеризуется параллельным расположением чешуек слюды, что придает породе, до некоторой степени, гнейсовидный облик. Участками встречаются граниты порфировидной текстуры.
Гранит хорошо полируется. По содержанию радионуклидов относится к породам 1 класса. По углу падения трещины разделены на четыре типа: 1. Горизонтальные с углом падения не более 15 . 2. Пологопадающие с углом падения 16-45 . 3. Крутопадающие с углом падения 46-80. 4. Вертикальные, падающие под углом 81 -90 .
Трещиноватость гранитов Исетского месторождения характеризуется следующими системами трещин отдельности: 1. Пологопадающие и горизонтальные, ориентированные без всякой закономерности, обуславливающие первичную пластовую отдельность. 2. Поперечные, крутопадающие и вертикальные, имеющие азимуты падения: 340-360-30 и 150-200. 3. Продольные - крутопадающие и вертикальные, имеющие простирание, согласное с простиранием гранитов. Азимут падения 60-90 и 240-270. 4. Диагональные, крутопадающие и вертикальные, имеющие простирание близкое к 45 , то есть к линии простирания гранитов. Гранитные породы Исетского месторождения прикрыты незначительным покровом рыхлых образований, представленных песчано-растительным слоем и глинисто-щебнистыми породами. Мощность рыхлых пород изменяется от 0,0 до 2,6 м и в среднем составляет 0,39 м.
Выветривание гранитных пород с поверхности очень слабо и выражается буроватой окраской породы и большей степенью трещиноватости. Мощность зоны выветривания до 4,0 м, в среднем 0,76 м. Мощность обломочных россыпей 0,0 - 1,65 м, в среднем 0,28 м, а к подошве горы она увеличивается до 3,0 м.
Гранит хорошо полируется. По содержанию радионуклидов относится к породам I класса. Запасы утверждены в ГКЗ СССР, на блочный камень. Месторождение эксплуатируется ООО «Норд». Выход блоков достигает 68 %.
Состояние технологии добычных работ на карьерах природного камня Урала Карьер предприятия ЗАО «Коелгамрамор», Коелгинское месторождение белого мрамора эксплуатируется с 1925 года. В настоящее время добычу блоков на месторождении осуществляет ЗАО «Коелгамрамор».
Коелгинский мраморный карьер - наиболее крупный в России по добыче мрамора - годовой объем добычи блоков в пределах 50 тыс. м3. Разрабатывался ранее буроклиновым способом, машинами с кольцевой фрезой и с цепным баром. Выход блоков из горной массы за эти периоды эксплуатации в среднем составляет около - 29 %. Начиная со второй половины 1997 г. на карьере осваивают комбинированную технологию добычи в составе алмазоканатных и баровых камнерезных машин, что дало возможность перейти на высокоуступную технологию (рис. 1.1). Результатами повышения высоты отрабатываемого уступа (Ну - 8...І0 м) и применения двухстадийной схемы явилось повышение коэффициента выхода товарных блоков до 60 %.
Карьер предприятия СП «Коелга-Юэкная». Южно-Коелгинское месторождение мрамора эксплуатируется СП «Коелга-Южная» с 1992 г. Первоначально разработка карьера осуществлялась добычным оборудованием. В течение 5 лет на месторождении безуспешно велись вскрышные работы баровыми камнерезными машинами в северо-западной части месторождения. В 1997 году работы были прекращены.
В 2002 году работы возобновились горные работы на восточном участке месторождения. После проведенных исследований было принято решение о проведении на месторождении вскрышных работ с применением специально разработанного Центром добычи и обработки природного камня Уральской государственной горно-геологи чес кой академии метода предохранительного взрывания. Эти работы были выполнены в течение 8 месяцев. После этого на месторождении началась добыча блочного камня высокими уступами.
Добыча блочного мрамора высокими уступами на Южно-Коелгинском месторождении мрамора Добыча блоков на месторождении ведется высокими уступами (8. ..10 м) с применением камнерезных машин с алмазным канатом и цепным баром (рис. 1.2). Минимальный выход блоков из горной массы на месторождении по данным геологоразведки составил 23 %. Однако фактический выход кондиционных блоков при добыче высокими уступами достиг 46. ..50 %.
Предприятие работает устойчиво, объем добычи блоков достиг 16 ТЫС. М в год. Карьер на Мраморском месторождении серого мрамора. Мраморское месторождение мрамора эксплуатируется двумя организациями: ЗАО «Уральский мрамор» (юго-западный, центральный и северный участок месторождения) и ООО «Мраморгаз» (южный участок месторождения).
Разработка месторождения ведется в настоящее время камнерезными машинами с цепным баром «Виктория» Режевского экспериментального завода, «МКБ-1» Екатеринбургского машиностроительного завода имени Калинина и модели 50-81-RA итальянской фирмы «Fantini» (рис. 1.3).
На месторождении для добычи блоков применялись баровые камнерезные машины с алмазным ремнем модели «Jet Belt 990» и камнерезные машины с алмазным канатом «Alpha-840» и «TL-920» итальянской фирмы «Benettimacchine».
Рыхление вскрышных пород с использованием невзрывчатых разрушающих средств
Невзрывчатые разрушающие средства представляют собой высокомарочные разновидности расширяющихся цементов, получаемых обжигом кальциевых и магниевых карбонатных пород со специальными добавками. Они обладают множеством технических и технологических достоинств. Использование их не требует высокой квалификации персонала, они безопасны в обращении, не вызывают разрушений в продуктивном массиве природного камня. В процессе разрушения горных пород с использованием НРС не нарушается целостность прилегающего массива, так как нагрузка самонапряженного НРС возрастает постепенно во времени и действие ее распространяется только в пределах ограниченного контура.
Этот способ является простым и технологичным, а также более мобильным, так как позволяет выполнить несколько операций одновременно. Использование НРС позволяет исключить нарушения в расположенном ниже продуктивном массиве. Он не требует применения сложного и дорогостоящего оборудования.
Однако при использовании НРС имеет место ряд существенных его недостатков: ограниченная возможность использования НРС при низких температурах, нестабильность свойств партий НРС, высокая гигроскопичность порошка, необходимость точного соблюдения соотношения НРС и воды в рабочей смеси, нарушение которого не только снижает работоспособность НРС, но может привести даже к полной ее потере. Для применения НРС требуется произвести значительный объем буровых работ (рис. 2.8). Удельный расход бурения составляет 45...60 м/м3.
НРС может стабильно работать при температуре породного массива в интервале 0 - 25 С. Оптимальными являются температурные зоны в пределах 20 ± 5 С. В этом случае он срабатывает в течение 8...12 ч. Если температура ниже +5 С время его срабатывания увеличивается до 2 суток и более. При температурах же выше +25 С возможен самопроизвольный выброс смеси из шпура [61].
При отрицательных температурах замедляется процесс гидратации и увеличивается время срабатывания НРС, например при -5С, разрушение породы наступает лишь через 3...4 суток, а дальнейшее понижение температуры приводит к полному прекращению его действия [93]. Для интенсификации твердения НРС при отрицательных температурах в его состав вводят противоморозные добавки. Однако при этом происходит значительный разогрев рабочей смеси в процессе гашения, который может сопровождаться внезапными выбросами смеси из шпуров.
Наиболее эффективно применение НРС при наличии явно выраженной горизонтальной пластовой трещиноватости. В случае ее отсутствия приходится создавать горизонтальную плоскость откола искусственно также с помощью НРС. Однако данная операция имеет свои особенности. Во-первых, шпуры при создании подстилающей трещины необходимо бурить с наклоном 5...8 от свободной поверхности монолита, чтобы исключить вытекание рабочей смеси из шпура. Во-вторых, учитывая более высокие анизотропные свойства камня в горизонтальной плоскости, расстояния между шпурами будут в 1,5...2 раза меньшими, чем расчетные расстояния в вертикальной плоскости заданного откола.
Следует подчеркнуть, что НРС являются наиболее опасными веществами для кожи, органов дыхания и глаз, поэтому любые работы с ними следует выполнять в респираторе, защитных очках и рукавицах. При попадании смеси в глаза требуется обязательная медицинская помощь.
НРС применялись на подготовке к выемке выветрелых вскрышных пород на Шабровском месторождении мрамора и Мансуровском месторождении гранитов. Однако ввиду низкой эффективности в настоящее время на этих предприятиях невзрывчатые разрушающие средства не применяются.
Проведенными ранее исследованиями [14] было установлено, что практически для всех уральских карьеров горных пород средней прочности - мраморов, мраморизованных известняков, доломитов, характерно наличие в верхней части месторождения сильно нарушенных с бессистемной трещиноватостью выветрелых горных пород, которые не пригодны для производства облицовочных и других изделий из камня. В отдельных случаях они даже не пригодны и для производства щебня и песка декоративного.
Исключение может составить только Уфалейский мраморный карьер, продуктивный массив которого был прикрыт чехлом из слоя глин мощностью 15 - 20 м. Поэтому на Уфалейском мраморном карьере практически нет скальной вскрыши и добыча блоков начинается сразу же после выемки мягких пород вскрыши. Характерная картина по выветрелым вскрышным породам, не прикрытых чехлом из мягких горных пород, наблюдается практически на всех карьерах (рис. 2.9 - 2.16). технологического оборудования, для выполнения этих работ потребуется не менее двух с половиной лет и 15 млн. руб. капитальных вложений.
Уменьшить сроки строительства въездной траншеи и объемы капитальных затрат может только применение специального взрывания с предохранительными мероприятиями, обеспечивающими сохранность продуктивного массива.
Несколько иные задачи возникли на Пуштулимском месторождении мрамора [111]. Добыча блочного мрамора производится на нем по комбинированной технологии - алмазными канатными в комплексе с баровыми камнерезными машинами. В юго-западной части месторождения опытно-экспериментальным карьером была вскрыта линза, состоящая из туфов и туфобрекчий (рис. 2.17).
Из-за высокой абразивности отработка линзы добычным оборудованием оказалась невозможной. В связи с этим было принято решение выполнить подготовку ее к выемке буровзрывным способом с использованием комплекса предохранительных мероприятий.
Таким образом, можно констатировать, что необходимость применения взрывных работ на подготовке к выемке выветрелых вскрышных горных пород на месторождениях природного камня средней прочности вытекает из мелкоблочного строения верхней части массивов с многосистемной трещиноватостью либо наличием прослоек и линз внутри полезной толщи. Отработка этих горных пород добычным оборудованием трудоемка, а иногда и вообще невозможна из-за их высокой прочности или абразивности.
Иначе обстоит дело на гранитных карьерах. Так, например, на Южно-Султаевском месторождении гранита (рис. 1.9) скальная вскрыша имеет небольшую мощность (2...3 м) и отрабатывается буроклиновым способом.
Аналогично обстоит дело и на Мансуровском месторождении гранита (рис. 1.10), где мощность сильно дезинтегрированных горных пород не превышает 1,5 м, а нижележащие породы представлены пластами мощностью от 0,05 до 0,2 м, которые отрабатываются добычным оборудованием и используется для производства бордюрного и бортового камня (рис. 2.5 и 2.6). Для этих месторождений вопрос применения взрывных работ на подготовке к выемке выветрелых горных пород не актуален.
На Сибирском и Исетском гранитных карьерах мощность выветрелых вскрышных пород достигает 4...5 м. На подготовке их к выемке целесообразно применение взрывания, но вопрос необходимо более детально исследовать. На Сибирском гранитном карьере ранее применялось огневое взрывание с использованием черного дымного пороха [11].
Исследование алмазоканатного и комбинированного резания на карьерах
Обработка экспериментальных данных позволила выявить графические (рис. 3.6) и аналитические зависимости производительности камнерезных машин от прочности горных пород средней., прочности.
Прочность горных пород на сжатие, МПа Машины с кольцевым баром Машины с цепным баром Экспоненциальный (Машины с цепным баром) Экспоненциальный (Машины с кольцевым баром)
Главный недостаток камнерезных машин с кольцевым и цепным баром состоит в невозможности использования природной трещиноватости массива для отделения блочного камня, а, следовательно, и низкий выход кондиционных блоков из добываемой горной массы [41]. У машин с кольцевым баром имеются и другие существенные недостатки: малое сечение добываемого блока (1,0 х 1,0 м) и невозможность врезки в новый рез без ручного откола блока на фланговой траншее. Именно по этим причинам машины с кольцевым баром (фрезой) в ближайшее время будут выведены из карьеров полностью с заменой на машины с цепным или канатным режущим органом. Этот процесс происходит непрерывно.
С переходом на высокоуступные технологии добычи блоков камнерезные машины с цепным баром так же начали применяться ограниченно, как вспомогательные, только для горизонтальной подрезки и разрезки монолита на блоки.
Исследование алмазоканатного и комбинированного резания на карьерах В последние годы все более расширяются объемы алмазоканатного резания на карьерах блочного камня средней прочности. Раньше мы могли оперировать в основном зарубежными данными по производительности и стойкости алмазного каната фирмы Diamant Boart [2] и ряда других фирм. В работе [38] нами уже приводились отдельные результаты обработки этих данных. В настоящей работе приводятся результаты комплексного исследования зарубежного опыта и данных, полученных по ряду карьеров Уральского региона [41]. Технологических схем, основанных на использовании алмазного каната применяется множество, однако эффективность получается различная. На некоторых карьерах канатом выполняется горизонтальное резание, а вертикальное - камнерезными машинами с цепным баром. Горизонтальный рез для канатной камнерезной машины является наиболее сложным по трудоемкости из-за трудности подачи воды в зону резания и выноса из нее шлама. Логически объяснить такую схему трудно.
Достаточно трудоемким получается в условиях Урала и чисто канатное резание при отрицательной температуре наружного воздуха, когда горизонтальные скважины приходится бурить несколько раз в крайне неблагоприятных условиях, снижается точность стыковки трех скважин в одной точке, а горизонтальный рез промерзает до опрокидывания блока.
Применение алмазных канатных пил на вертикальном резании позволяет увеличить высоту уступа до необходимой расчетной величины, а камнерезных машин с цепным баром на горизонтальном резании -упростить схему технологического бурения и облегчить проходку горизонтального реза.
Технологические схемы на базе камнерезных машин с алмазным канатом позволяют широко использовать природную трещиноватость в качестве плоскостей отделения монолитов от массива. Обычно месторождение природного камня, разрабатываемое на блоки, имеет несколько систем трещиноватости, одна их которых является преобладающей. Кроме того, большинство уральских месторождений мрамора и мраморизованных известняков залегают под углом 60-80. Часто преобладающая система трещиноватости согласуется с залеганием месторождения. В период эксплуатации на этот фактор часто не обращается внимание, и добыча блоков производится вертикальными уступами без учета геологических данных.
В настоящей работе подробно исследован износ алмазного каната и технологические особенности алмазоканатного резания на ряде зарубежных карьеров и на уральских карьерах по добыче блочного камня средней прочности.
На подготовке к выемке блочного камня из горных пород средней прочности применяются два типа алмазного каната: электродепозитный и синтеризованный. У электродепозитного каната алмазы на корпусе втулки закреплены электролитическим способом, у второго типа - методом порошковой металлургии с использованием горячего или холодного прессования с пропиткой легкоплавкими металлами. Тип связки в значительной степени определяет стойкость алмазного каната. Обработка производственных данных, приведенных в работе [2], позволила построить зависимости между производительностью и стойкостью алмазного каната различных типов. Обработанные данные для различных видов горных пород средней прочности месторождений Бельгии, Греции, Италии, Ирландии и Испании приведены в виде графических зависимостей в работе [67] и на рис. 3.7.
На резании этих горных пород в зарубежной практике применяется как синтеризованный, так и электродепозитный алмазный канат. Связки режущего элемента синтеризованного алмазного каната более тщательно подбираются к каждому виду горной породы, на которой он применяется, поэтому показатели износостойкости его значительно выше, чем у электродепозитного. На горных породах с повышенной абразивностью применяется только синтеризованный алмазный канат, в связку которого для увеличения прочности добавляются твердые сплавы в порошке.
Анализ данных по зарубежным карьерам мрамора показал, что стойкость алмазного каната при резании горных пород средней прочности зависит не только от физико-мехзнических свойств горных пород, но и от скорости резания камня (часовой производительности).
Исследование зависимости качества блоков от глубины и шага бурения при буроклиновом способе добычи
Буроклиновой способ добычи гранитных блоков является основным на всех уральских карьерах по добыче прочных горных пород.
Мансуровский гранитный карьер (рис. 1.10) является в настоящее время наиболее развитым и занимает на Урале первое место по добыче гранитных блоков. Добыча блоков на карьере ведется высокими уступами (5...6 м) сразбивкой наподуступы высотой 1,5...2,5 м. Высотаподуступов определяется положением природной пластовой трещиноватости. Основной способ добычи гранитных блоков и на этом месторождении -буроклиновой с использованием для откалывания их от массива механических клиньев. Бурение осуществляется длинными шпурами на высоту (hfyp, м): h6yp={0,9.A,0)H6, (4.7) где Нб - высота отделяемого блока или монолита, м.
Благодаря принятой технологии, основанной на подготовке камня к выемке длинными шпурами, блоки, добываемые на гранитном карьере ОАО «Мансуровский комбинат строительных материалов», в основном имеют правильную геометрическую форму (рис. 4.11) и соответствуют стандарту.
Для отделения блоков от массива на карьере эпизодически применяется невзрывчатое разрушающее средство (НРС). Основным компонентом НРС является грубодисперсная известь, размолотая в тонкий порошок, расширяющаяся при смешивании с водой. При этом в шпуре создается давление в 40...50 МПа. Эффективная работа НРС обеспечивается только при положительных температурах наружного воздуха, поэтому применяется оно сезонно в теплое время года.
На Мансуровском месторождении гранита вблизи поверхности расстояние между пластовыми трещинами составляет 5..,30 см, увеличиваясь по мере углубки карьера до 1,5...2 м. Поэтому в верхней части месторождения добывается тонкомерный плитняк (рис. 2.5), из которого затем выкалываются бортовые камни [44] и поребрик (рис. 2.6).
Блоки Сибирского гранитного карьера, добытые короткошпуровой выколкой Блоки, добываемые на Сибирском, Исетском и Головыринском гранитных карьерах, в большинстве своем имеют неправильную форму и не соответствуют ГОСТ 9479-98 [45] (рис. 4.12). Для использования на камнеобрабатывающих станках их нужно доработать до прямоугольной формы. Наиболее трудоемкой в буроклиновом методе является операция бурения. При бурении ручными перфораторами трудно обеспечить заданную точность бурения по вертикали, поэтому откалываемый от массива блок часто имеет неровную поверхность. В последние годы на некоторых карьерах стали использоваться строчечные буровые установки. Они существенно облегчают сам процесс бурения и обеспечивают заданный угол между осью шпура и горизонтальной плоскостью. Однако на многих гранитных карьерах Урала строчечные установки не используются. Некоторые специалисты карьеров считают, что ручное бурение более производительно, т.к. значительная часть времени теряется на настройку строчечной установки перед бурением и сводит на нет все преимущества ее применения. Однако с этим нельзя согласиться, т.к. добываемые с использованием ручного бурения гранитные блоки в большинстве своем не соответствуют ГОСТ 9479-98 ввиду больших отклонений по неровностям скола лицевых поверхностей и отклонениям от прямого угла двух смежных граней блока, причина которых -некачественное бурение.
Рис.4.13. Бурение гранита буровой установкой Коммандо НО. Мансуровский гранитный карьер. Участок ОАО «Гранит»
Высокое качество и значительная глубина бурения на Мансуровском гранитным карьере обеспечивается благодаря применению на этой операции буровой установки Коммандо ПО производства финской машиностроительной фирмы Tamrock [63, 64, 73]. Буровая установка отличается высокой производительностью и полным отсутствием пыли в процессе бурения гидравлическим перфоратором.
Это позволило резко увеличить производительность бурения, высоту рабочих уступов и выход кондиционных блоков из добытой горной массы. Основная часть добываемых на Мансуровском карьере блоков соответствует I и II группам по объему и геометрическим размерам согласно ГОСТ 9479-98 [44].
Обследование эксплуатирующихся Мансуровского (два участка), Сибирского, Исетского, Суховязского, Западно-Султаевского и Южно-Султаевского месторождений гранита показало, что самая высокая производительность работающих - 161 м /год - имеет место на Мансуровском месторождении гранита у предприятия «Уральские камни». На всех остальных предприятиях она не превышает 100... 140 м3/год.
Это сопоставимо с некоторыми карьерами мрамора с аналогичной прочностью, однако на карьерах гранита выход блоков из горной массы выше в 2...2,5 раза. По этой причине производительность по горной массе на гранитных карьерах вдвое ниже, чем на мраморных.
Объясняется это низким технологическим уровнем по всем карьерам, на которых используются устаревшие технологические схемы добычи прочных горных пород, что явно не перспективно. Исключение составляет Мансуровский гранитный карьер. В настоящее время применение устаревших технологических схем экономически оправдывается только благодаря чрезвычайно низкому уровню оплаты труда работающих и относительно невысокой стоимости энергоносителей.
Однако оба эти показателя постепенно растут и в недалекой перспективе приблизятся к мировым, поэтому переход предприятий региона в ближайшей перспективе на новые технологии добычи блоков из прочных горных пород неизбежен.
Применение способа подготовки камня к выемке с использованием предварительного бурения по заданным направлениям с последующим отколом высоко эффективно, когда откалывание требуется по 1-2 плоскостям. Особенно благоприятно применение буроклинового способа при наличии явно выраженной трещиноватости по почве уступа. В случае отсутствия трещиноватости по почве уступа бурение для отделения монолита или блока ведется так же и по этой плоскости. В случае необходимости поверхность откола по почве создается буровой установкой методом сплошного щелевого бурения [14], либо буровзрывным способом [106], т.е. подготовка блочного камня к выемке производится комбинированным способом.
При использовании буроклинового способа, прежде всего, необходимо правильно выбрать оптимальную схему бурения шпуров, так как от этого будет зависеть эффективность буроклинового способа. Качество поверхностей отделяемого блока или монолита зависит от величины ослабления плоскостей по линиям раскалывания.
Похожие диссертации на Выбор рациональных технологических параметров при подготовке к выемке блочного камня
