Добыча и обработка природного камня

Породы средней крепости

При добыче блоков из песчаников, относящихся по своим текстурным свойствам к пористым легкоувлажняемым горным породам, использование традиционных методов взрывной от­бойки не всегда приводит к ожидаемым результатам в управле­нии процессом направленного трещинообразования.

В песчаниках, состоящих из кварцевого кристаллического материала, из-за малых размеров кварцевых зерен и частичной их ориентировки отсутствует направление наилучшего раскола, природная трещиноватость песчаников неравномерна, что вызы­вает усложнение добычи и незапланированные изменения на­правления ведения горных работ.

Характер разрушения песчаников при взрывной отбойке бло­ков в значительной степени определяется их физико-механиче­скими свойствами, которые могут существенно изменяться под действием таких факторов, как всестороннее сжатие, газонасы - щение, увлажнение. В условиях открытой разработки месторож­дений первые два фактора проявляются в малой степени, по­стоянное воздействие имеет фактор увлажнения.

Существенно снижается эффективность добычи блоков в жаркую, сухую погоду, когда влажность разрабатываемых песчэдикор уменьшается, и начинает воздействовать гигроско­пическая влага.

Гигроскопическое состояние влаги в поровом пространстве песчаников обусловливает возникновение сил, поверхностного

Натяжения. Силы поверхностного натяжения, вызываемые ме­нисковым положением влаги в поровом пространстве песча­ника, сжимают зерна кристаллического материала, вызывая деформацию в точках контакта и сближая их на некоторую величину. Это сближение обусловливает уменьшение объема по - рового пространства и величины коэффициента пористости. При этом сближение зерен песчаника во всем объеме по направле­ниям ог и оу неравнозначно (рис. 4.2) . Всестороннее сжатие Пес­чаников, вызываемое действием сил поверхностного натяжения, приводит к изменениям физического состояния массива, которые в свою очередь в сочетании с их текстурными особенностями повышают прочностные свойства породы, изменяют акустиче­ские характеристики, увеличивают анизотропию, ухудшают раз - рушаемость.

В табл. 4.1 ц 4.2 приведены данные по изменению скоростей продольных волн и прочности на растяжение для девонских песчаников Днестровско-Волынского массива, на карьерах кото­рого добывается основной объем блоков песчаников СССР. Из приведенных данных следует, что уменыцение величины их влажности с 0,67 до 0,21 %, вызывает увеличение скорости про­дольных волн на 116—288 м/с в меридиональном направлении, совпадающем с направлением ориентировки кварцевых зерен кристаллического материала, и ее снижению на 16—31 м/с в широтном направлении. Прочность на растяжение при этом увеличивается на 2,3—4,7 МПа, анизотропия повышается на 5-17%.

Характер влияния изменения физико-механических свойств песчаников на процесс трещинообразования при взрывной от­бойке блоков оценивается по величине приращения единичной трещины начальной длины (/о) в системе равноотстоящих шпу­ров (Ьщ).

На рис. 4.3 показана зависимость изменения длины трещины /Тр в песчанике текстурной модели по рис. 4.2,6 в направле­нии осей оу и 02 от гигроскопической влажности (№) при коэф­фициенте пористости &п—0,0837.

Анализ рис. 4.3 показывает, что в результате снижения влажности разрушаемость песчаников' ухудшается; снижается эффективность трещинообразования в массиве, что выражается в уменьшении длины образующих трещин как в направлении оси оу, так й в направлении осн ог (см. рис. 4.2). При этом интен­сивность уменьшения длины трещин по направлению оси оу не-

.сколько выше, чем по ог. Отсюда следует, что в результате воз­действия гигроскопической влажности направление общей ори­ентировки кварцевых зерен песчаника, с точки зрения направ­ленного трещинообразования, является более выгодным, чем перпендикулярное ему направление.

При влажности 0,67—0,86 физико-механические свойства и разрушаемость песчаников соответствуют условиям нормального раскола (см. табл. 4.1 и 4.2).