Добыча и обработка природного камня

Резание камня термогазоструйными и плазменными горелками

Наибольшее распространение в подготовке блочных пород к выемке из физико-технических способов в отечественной и за­рубежной практике получило резание камня прямоточными и пульсирующими термореактивными горелками, обеспечиваю­щими направленное разрушение породы высокотемпературной и высокоскоростной газовой струей.

В настоящее время на отечественных карьерах промышленно работают или экспериментально апробируются термогазоструй­ные, термогазодинамические, термомеханические и плазменные горелки.

Внедрение в карьерную технологию добычи блоков термога­зоструйного способа подготовки камня к выемке позволило: уменьшить тяжелые и трудоемкие ручные работы по очистке забоев при проходке разрезных и фланговых траншей буро­взрывным способом;

Повысить качество блоков и уменьшить потери камня при переработке его на продукцию;

Упорядочить системы разработки месторождений и повысить культуру производства на карьерах блочного камня;

Увеличить выход блоков из добытого полезного ископае­мого.

Механизм термического разрушения горных пород при их резании носит характер потери устойчивости поверхностного слоя в том случае, когда его температура достигает темпера­туры разрушения.

Глубина прорезания щели термическим способом зависит от термодинамических параметров теплоносителя, геометрии его распределения по забою, свойств породы и скорости движения термоинструмента вдоль щели.

Производительность огнеструйного резания камня находится в зависимости от таких факторов, как содержание в породе тем­ноцветных минералов, коэффициента равномерности распреде­ления минералов, предела прочности породы при сжатии, про­фессионального мастерства оператора, конструктивных и ре­жимных параметров терморезаков, к которым прежде всего следует отнести внутрикамерное давление, скорости истечения газовой струи и величины удаления сопла камеры от поверх­ности разрезаемого камня.

Сопоставление характеристик термогазоструйных и термога­зодинамических горелок отечественного производства приве­дены в табл. 5.2.

Поскольку разрушение породы происходит в основном по межзерновому пространству, то с увеличением размеров мине­ральных зерен эффективность термического резания и поверх­ностной обработки горных пород возрастает. Этот вывод под­тверждается практикой и экспериментальными исследованиями. В этой связи оценку эффективности термического резания пород целесообразно проводить дифференцированно для трех групп горных пород: крупнозернистых, среднезернистых и мелкозерни­стых. В качестве критерия оценки эффективности резания могут быть приняты объемная скорость (разрушения или линейная ско­рость резания.

Объемная скорость разрушения породы ио зависит от рас­ходных характеристик и критического сечения сопла применяе­мого термоинструмента и может быть выражена эксперимен­тальной зависимостью

А

Чо = 51ф(А1§-|^+С), (5.9)

V ^кр *

Где 5кр — критическое сечение сопла, мм; 6 и С — коэффици­енты, зависящие от крупности зерен, слагающих породу; С? т — суммарный расход топлива.

Коэффициенты к и С при использовании кислороднокеросиновой (числитель) и бензовоздушной (знаменатель) горелок (по А. П. Дмитриеву)

Коэффициент

Крупнозернистый гранит Среднезернистый гранит Мелкозернистый гранит

2

Производительность прорезаиия щелей, себестоимость 1 реза щели и удельная площадь резания, приходящаяся на 1 м добываемых блоков для одной и той же породы, зависят от удельной трещиноватости камня. Производительность прореза­иия щелей в монолитных массивах в несколько раз больше, чем в трещиноватых. Это объясняется тем, что трещины заполнены различными цементирующими породами, слабо поддающимися термическому разрушению и снижающими производительность резания, а также утечкой газовой струи в трещиноватых зонах. В отдельных случаях в контактных с трещинами зонах порода затронута выветриванием и плохо поддается термическому реза­нию, так как она только интенсивно прогревается на значитель­ную глубину от смываемой газами поверхности, а ее разруше­ние путем хрупкого шелушения отсутствует.

Площадная производительность резания гранита ЯР увели­чивается с уменьшением удельной площадной трещиноватости итР аппроксимируюсь параболической функцией вида

Лр = 0,7065 - 3,3235[/Тр+4,1787£/Тр. (5.10)

Ширина термощели изменяется в сторону увеличения с воз­растанием удельной площадной трещиноватости итР (в диапа­зоне 0—0,3 м/м ) в виде полинома

6 =8,71 +32,61 г/тр - 55,36£/|р.

Термическое резание щелей, обеспечивающее минимальные потери камня и максимальную производительность проходки щели, является наиболее эффективным при отработке участков, удельная площадная трещиноватость которых не. превышает 0,15 м/м.

Объем вырезаемых из массива монолитов должен отвечать условиям обеспечения: максимального выхода блока из^ разде­лываемого монолита; минимальной площади реза на 1 м добы­ваемых блоков; минимальной себестоимости выколки 1 м бло­ков; максимального коэффициента извлечения блоков из разра­батываемого забоя.

Рациональная область допустимых объемов вырезаемых тер- могазоетр^йным способом монолитов находится в интервале

40-130 м.

Большое влияние на производительность газоструйных горе­

Лок оказывает расстояние от сопла до поверхности, рациональ­ное значение которого находится в пределах 60—100 мм. Опти­мальная глубина прорезаемой щели составляет 4 м.

Сущность резания камня плазменными горелками состоит в том, что для разрушения пород используется действие вегце-' ства в плазменном состоянии в виде ионизированных высокотем­пературных потоков, создаваемых плазмотронной установкой. Температура ионизированного газа может достигать 10 ООО — 15 ООО °С.