Добыча и обработка природного камня

Методы оценки блочности

При оценке потенциальных возможностей месторождения, технологической пригодности сырья,, при решении вопросов проектирования горных разработок и планирования горных работ весьма важно знать плановый (теоретический) выход блоков из горной массы. Исследованиями установлено и прак­тикой подтверждено, что теоретический выход блоков цели­ком и полностью зависит от природной трещиноватости и пер­воочередно таких ее показателей, как неортогональность си­стем трещин, наличие расстояний между трещинами менее минимально допустимых размеров согласно техническим тре­бованиям на блоки, микро - и макротрещины и др.

В настоящее время существует несколько методов оценки блочности месторождений облицовочных камней, которые при­менительно к одним условиям дают довольно точные резуль­таты, а к другим лишь в первом приближении.

Эти методы подразделяются • на следующие виды: стати­стические, графоаналитические, гор но-геометрические, вероят­ностные, опытной добычи, графостатистического моделирования игранотектонические.

Из статистических методов изучения трещинной тектоники и оценки блочности наиболее распространенным является метод Б. П. Беликова, основанный на непосредственных

Наблюдениях над трещинами в карьерах и их статистической об­работке. Сущность метода заключается в том, что на каком - либо участке карьера или обнажения выполняется 100—200 измерений азимутов падения и углов падения всех без ис­ключения трещин (без подразделения на прото - и поздно-тек - тонические), а также расстояний между трещинами (их ча­стота) на каком-либо интервале. При этом блочносгь камня оценивается числом интервалов между трещинами на протя­жении 10 м вкрест простирания данной системы трещиновато­сти. При измерении расстояний между трещинами особо отмечается число интервалов более 1 м. Оба яолучейные значе­ния— число интервалов на Ю м (первый коэффициент) и чи­сло интервалов на 1 м (второй коэффициент), в сумме называ­емые коэффициентом частоты, записывают на диаграмму при соответствующих максимумах, причем второй коэффициент ставят в скобках. Статистическая обработка выполненных из­мерений осуществляется путем построения круговых диаг­рамм трещиноватости с использованием равноплощадной, сетки Вальтер-Шмидта. В итоге получается цифровая диаг­рамма, в которой проводятся изолинии плотности трещин. Расчет ориентировочного среднего размера блока ведется ту’ тем перемножения средних длин интервалов по трем главным системам трещин. Это для случая, когда углы между глав­ными максимумами приближаются к прямым. В противном случае объем природного блока определяется по формулам косоугольных параллелепипедов. К недостаткам этого способа следует отнести тот факт, что к учету при определении блоч - ности принимаются только три системы трещин, а диагональ­ные трещины, оказывающие большое вредное воздействие на блочность, к учету не принимаются.

Усредненные длины интервалов рассматриваются, как по­стоянная величина, что не совсем верно, так как расстояния между трещинами изменяются с изменением форм гранитных массивов.. Составление круговых диаграмм в изолиниях — весьма трудоемкий процесс.

Из графоаналитических методов оценки теоретического выхода блоков заслуживает внимания метод И. Н. Горбулева, предложенный для определения процента выхода стандарт­ного строительного стенового камня и фельзитового туфа. Основой этого метода является тщательное изучение трещино­ватости месторождений, предназначенных для механизирован­ной разработки на стандартные камни. В карьерах измеря­ются азимуты простирания, углы наклона, протяженность всех трещин подряд и картируются на маркшейдерский план круп­ного масштаба. Маркшейдерский план с нанесенными трещи­нами. совмещается с прозрачной палеткой такого же мас­штаба, на которую нанесены контуры стандартных блоков,

Подлежащих выпиливанию из массива. Часть стандартных камней, рассеченных трещинами, являются непригодными для получения блоков. В итоге, зная число рассеченных трещи­нами камней и целых блоков, вычисляется аналитическим путем общий процент выхода стандартных блоков из горной массы. Изложенный графоаналитический метод отличается простотой, но имеет ряд недостатков.

Сложно пересекающиеся между собой системы трещин картируются на какой-то одной геометрической плоскости (горизонтальной или вертикальной) и будут достоверны только для первого ряда выпиливаемых блоков. Метод при­емлем для карьеров по добыче стандартных блоков, выпи­ливаемых камнерезными машинами, и неприемлем для карье­ров облицовочных гранитов и других сходных с ними пород, так как добываемые блоки варьируют по объему и наруж­ным размерам. К тому же реализация этого метода сталки­вается с необходимостью трудоемких работ по выявлению и определению параметров абсолютно всех трещин оценивае­мого месторождения.

Различные горнотехнические задачи наиболее оптимально решать по маркшейдерским планам в изолиниях. Этим целям соответствует предложенный Н. Т. Бакка горно-геометрический метод оценки блочности и ее геометризация. Этот метод осно­ван на сопоставлении объемов природного и вписываемого в него прямоугольного блоков с учетом закономерностей раз­вития трещин в массиве. При этом измеряются и картируются все трещины отдельности. Пластовые трещины изучаются по керну. В качеству основных количественных показателей оценки трещиноватости, дающих наибольшую информацию о нарушенности массива, принимаются удельная линейная и площадная трещиноватости. По результатам изучения тре­щиноватости и закономерностям ее развития определяются поправочные коэффициенты влияния трещин на вцход блоков по специально предложенным аналитическим; зависимостям. А общий коэффициент определяется путем арифметического перемножения указанных коэффициентов - Разница объемов природного и искусственного блоков, отнесенная к объему природного блока, дает коэффициент безвозвратных потерь блочной продукции, обусловленных колочной пассировкой природных блоков.

Блочность рассматривается, как соотношение объема ис­кусственного блока к объему природного, умноженное на об­щий коэффициент трещиноватости. Геометрическую характе­ристику блочности лучше всего выполнять на специальном плане изоблочности, для составления которого участок ме­сторождения на плане разбивается на блоки-участки правиль­ной формы, для каждого из которых по вышеизложенной

Методике вычисляется блочность, а ее значение относится к гео­метрическому центру блока-участка. Затем 'по полученным значениям строится план блочности в изолиниях.

Учитывая, что данные о параметрах Трещиноватости в глу­бине массива месторождения блочного камня являются слу­чайными, для оценки блочности вполне применимы методы, основанные на теории вероятности и ^предложенные А. И. Ар­сентьевым и С, И. Подойниковым. Если бы углы и азимуты падения трещин отдельности были постоянны, т. е. все тре­щины внутри системы были параллельны, а естественные отдельности имели форму параллелепипедов и полностью от­сутствовали бы диагональные трещины, выход блоков, опреде­ляемый как отношение объема прямоугольных параллелепи­педов к объему естественных структурных отдельностей, вы­ражался бы формулой:

(2.16)

Где Н, а и Ь — средние расстояния соответственно между про­дольными, поперечными и пологими трещинами; си—угол пе­ресечения поперечных Ф и продольных 5 трещин в ортого­нальной к ним плоскости; аг — то же для С? и X; аз—'угол> образуемый пересечением продольных 5 и пологих £ трещин к плоскости поперечных трещин. Углы получают геометриче­скими расчетами по данным азимутов и углов падений систем трещин. Непараллельность трещин внутри системы приводит к вариации их параметров и, как следствие, аргументов, вхо­дящих в функцию и. Информация о значениях параметров в каждом конкретном случае становится случайной и может быть представлена гистограммами распределений. Используя теорию вероятности, можно определить параметры, характе: ризующие центр и моменты распределения для каждого аргу­мента а, Ь, й, соэаз, tgа2>tgаь что позволяет найти математи­ческое ожидание МV выхода блоков. При этом учитывается как непараллельность трещин внутри каждой системы, так и неортогональность систем трещин

(2.17)

Где —--------- вторые производные функции V по каждому аргу-

Дх$

Менту; от4** — дисперсии аргументов.

По вероятностному методу можно произвести оценку блоч­ности с учетом технических требований по ограничению раз­
меров блоков по длине, ширине и высоте. Поэтому окончатель­ное выражение примет вид

1> = МЛ1-Ра-)0-М(1-М, (2.18)

Где Ра’, Р ь' у Рн’ “ вероятность появления заданных интерва­лов между трещинами каждой системы.

Метод дает относительно точные результаты, однако сло­жен в расчете и требует хороших знаний и навыков в реше­нии задач по теории вероятности.

Результаты исследований ВНИИнеруда позволили разра­ботать вероятностно-статистические методы оценки блочности на основе установления эмпирической связи между показате­лями удельной трещиноватости [/тр и средним размером блока в массиве /ср> выражаемый зависимостью

= (2.19)

Где А и Ь — соответственно эмпирический коэффициент и по­казатель степени, принимаемые по данным результатов иссле­дований применительно к данному месторождению.

Как видно, из выражения (2.19), снижение размеров добы­ваемых блоков происходит по степенному закону с ростом удельной плотности трещин.

Метод опытной добычи, согласно Инструкции по приме­нению классификации запасов к месторождениям строитель­ного я облицовочного камня является основным при оценке блочности разведываемых месторождений. Сущность способа состоит в том, что на изучаемом месторождении выполняют строительство опытного карьера и производят добычу блочной продукции. По результатам пробной добычи делают, оценку выхода блочной продукции из добытой горной массы. Боль­шим недостатком этого способа является тот фактор, что оценка блочности производится по результатам эксперимен­тальной добычи с применением различных способов техноло­гии отбойки.

Для получения достоверного результата требуется дли­тельная и кропотливая работа по совершенствованию средств и методов технологии добычи камня, что практически трудно достичь в карьерах опытной добычи, поэтому оценка выхода блоков методом опытной добычи как правило занижена.

Решение многих горнотехнических задач с учетом трещи­новатости требует обширной информации о структуре мас­сива, которую можно получить методом построения инженер­ной графостатистической модели пространственной решетки трещин месторождения и на ее основе произвести оценку блочности. Такой метод был предложен Болатом Орынбаевым. Математическая модель каждой системы трещин определя­ется путём составления уравнений плоскостей трещин в от­резках, которые затем приводятся к нормированному виду.

Таким образом, графостатистическая модель объемной сети трещин принимается в виде систем плоскостей, описываю­щихся соответствующими уравнениями. На основе математи­ческой модели по приведенному алгоритму производится рас­чет на ЭВМ средних естественных блоков и вычисление блоч­ности. ■ '

Разработан также гранотектонический метод оценки блоч­ности, позволяющий судить о форме и размерах естественных и искусственных блоков. На основе изучения трещиноватости строятся диаграммы и гранотектонические карты, которые за­частую дополняются блок-диаграммами типичных участков месторождений. Средний объем блоков

Ус? = аЬс/$па, ' (2.20)

Где а, Ь, с — линейные размеры, м; а —острый угол между гранями.

Кроме того, определяются размеры максимального и ми­нимального блоков. Результаты изучения отдельности в гра - нитоиде указывают на ее связь с трещиноватостью, ориенти­ровкой минералов. Недостаток заключается в том, что к учету не принимаются диагональные трещины.

Существует ряд других методов расчета теоретической блочности, таких, как горно-геометрический метод ВНИИ - геолнеруда, метод геометрического анализа МГИ, метод кор­реляционного анализа трещиноватости Красноярского инсти­тута цветных металлов, позволяющих при вычислениях ис­пользовать ЭВМ.

Все изложенные методы оценки блочности дают прибли­женные результаты, по точности удовлетворяющие горнотех­нические службы карьеров блочного камня. Применение указанных способов на практике следует производить при­менительно к гор но-геологическим условиям месторождения, наличию соответствующей информации о структуре залежи и сообразуясь с требованиями поставленных задач. Однако вы­числение блочности ряда карьеров Украины (Головинское, Ко - ростышевское, Корнинское, Емельяновское) вышеизложенными методами показало, что наиболее достоверные данные дают горно-геометрический, статистический и вероятностный спо­собы.