Добыча и обработка природного камня

Технологические процессы горных работ на карьерах блочного камня и способы подготовки камня к выемке

Технологические процессы на карьерах по добыче из природ­ного камня осуществляются в определенной последовательности и включают подготовку камня к выемке, отделение монолита и его разделку, погрузку, транспортирование и обработку. В связи с большим объемом попутно получаемой горной массы для ее погрузки применяются одноковшовые экскаваторы, погрузчики, автосамосвалы, работающие по общеизвестным схемам, приме­няемым на открытых горных разработках. В дальнейшем основ­ное внимание будет уделено рассмотрению процессов подго­товки к выемке, погрузке, транспортированию и обработке бло­ков облицовочного камня.

Основным технологическим процессом, изменяющим агрегат­ное состояние и местоположение гранита является подготовка камня к выемке, для осуществления которой применяются мно­гие способы направленного разрушения горных пород и их ком­бинации, обеспечивающие концентрацию критических напряже­ний строго в требуемых плоскостях раскола или реза камня.

Классификация способов разрушения блочного камня для подготовки его к выемке приведена в табл. 3.2.

Добыча блоков на карьерах блочного камня может произ­водиться по одно - и двухстадийной технологическим схемам.

При одностадийной схеме подготовки, отделенные от мас­сива товарные блоки вынимаются, грузятся и транспортируются для дальнейшей переработки. При двухстадийной технологиче­ской схеме предварительно отделенный монолит объемом 10— 600 м3 и более подвергается последующей разделке на более мелкие товарные блоки в пределах рабочей зоны карьера.

Способы подготовки блоков к выемке весьма разнообразны и их выбор в значительной степени зависит от физико-механиче­ских свойств и трещиноватости массива. Они должны 'обеспе­чить в первую очередь сохранность физико-механических свойств и декоративных качеств добываемых блоков.

Механические способы подготовки камня к выемке обеспе­чивают наибольшее сохранение физико-механических свойств и

Декоративности породы, а также достижение определенных раз­меров и формы блока. Эти способы целесообразно применять на карьерах по добыче мраморов, гранитов, габбро, лйбрадори - тов и других высокопрочных и сходных с ними пород, обладаю­щих широким диапазоном физико-механических и технологиче­ских характеристик и наличием больших природных отдельно­стей.

Взрывная технология подготовки камня к вЫемке рекомен­дуется для условий месторождений с хорошо развитой трещино­ватостью, особенно при четко выраженных раскрытых или за­полненных гизингеритами, глинистыми, цементирующими соста­вами в трещинах для мелко и среднеблочных пород с макси­мальными отдельностями структурных блоков до 4 м3. '

Мелкозернистые и среднезернистые изверженные породы высокой твердости, содержащие в максимально возможных количествах кварц и многоцветные минералы целесообраз­нее всего подготавливать к выемке комбинированными спо­собами.

Процесс подготовки блочного камня к выемке в породах с прочностью до 20 МПа осуществляется с помощью камнерез­ных машин с кольцевыми фрезами и баровых машин.

В породах средней прочности при подготовке блоков к вы­емке применяются камнерезные машины с кольцевой фрезой, канатные пилы и ударно-врубовые машины (см. разд. V).

При подготовке блоков к выемке в прочных породах, где не­возможно использование камнерезных машин и канатных пил, а ударно-врубовые машины имеют низкую производительность, используются буро - и гидроклиновые, комбинированные спо­собы. Особенно широко при добыче блоков в прочных породах применяют комбинированные способы, включающие: взрыво­клиновой, буровзрывоклиновой, термовзрывоклиновой, термо­клиновой, ударно-врубноклиновой, врубовзрывоклиновой и ударно-врубовзрывоклиновой, канатно-взрывоклиновой. Кроме того к другим перспективным способам подготовки горной массы к выемке относятся: электротермический, гидравличе­ский, электрогидравлический, высокочастотный, ультразвуковой, отрыв камня винтовыми подъемными установками, применение невзрывных разрушающих составов (НРС).

Рассмотренные способы разрушения горных пород позво­ляют применить большое число их комбинаций при подготовке блоков к выемке.

Условия залегания облицовочного камня, его физико-техни­ческие свойства и минералогический состав, а также требова­ния к получаемой продукции, предопределяют схемы производ­ства работ в карьерах.

Минералогический состав, структура и прочность камня при прочих равных условиях оказывают существенное влияние на производительность камнерезных машин, газоструйных, буро­вых, канатных, гидроклиновых и других установок.

Присущая месторождениям гранита, мрамора и других по­род развитая система крутых и пологих трещин отдельности предопределяет линейные размеры добываемых блоков обли­цовочного камня, их объемы и возможный выход из добывае­мого полезного ископаемого, а наличие микроориентировки ми­нералов облегчает раскалывание камня в определенном направ­лении.

Добываемые на карьерах блоки облицовочного камня яв­ляются исходным сырьем для производства облицовочной про­дукции. В дальнейшем блоки распиливаются преимущественно на камнеобрабатывающих станках рамного дискового типа вне рабочей зоны карьера. Степень загрузки приемного простран­ства станков, а следовательно, и их производительность зави­сит от линейных размеров блоков. Поэтому линейные размеры добываемых блоков облицовочного камня должны быть близ­кими к параметрам станков или кратные им по длине и ширине.

Нормативами предусмотрены следующие максимальные линей­ные размеры блоков: длина 2,8, ширина и высота по 2 м.

Направление микроориентировки минералов в блоке камня по отношению к плоскости его распиливания при производстве облицовочных изделий влияет на возможный выход готовой продукции в процессе технологической переработки блоков. Следовательно для эффективного использования сырья при про­изводстве облицовочных изделий требуется уже при добыче блоков их грани ориентировать по направлению микроориенти­ровки минералов.

Таким образом, выбор способов подготовки блоков к вы­емке и технологических схем представляет сложную задачу. По­этому для обоснования способа подготовки блоков к выемке, расчета производительности применяемого при этом комплекса оборудования и параметров технологических схем добычи бло­ков возникает необходимость в применении соответствующих обобщающих показателей, учитывающих свойства пород.

Акад. В. В. Ржевским рекомендуется при выборе техниче­ских средств для производства отдельных процессов техноло­гии разработки использовать показатели трудности их вы­полнения, определяемые с учетом свойств разрабатываемых пород.

Для выбора способа подготовки блоков к выемке при раз­работке месторождений мрамора используется показатель труд­ности разработки Пт массива мрамора. Величина этого показа­теля рассчитывается по эмпирической формуле:

Я,- —1,33 + (860а, ж+8,8а? ж) 10_5 + (2,6(!„+3,^) ИГ1, (3.3)

Где Осж — предел прочности мрамора при сжатии, МПа; ка — показатель (коэффициент) трещиноватости, м2/м3.

Коэффициент корреляции выражения (3.3) составляет />= =0,95. .

В соответствии с показателем Пт массивы разрабатываемых в нашей стране мраморных месторождений разделены на пять классов (табл. 3.3) и для каждого из них установлен способ подготовки блоков к выемке, обеспечивающий эффективную раз­работку месторождения.

Основными типизационными признаками, отвечающими ус­ловиям поставленной задачи для гранита являются физико - технические характеристики породы и структура массива. По физнкр-техническим характеристикам представляется возмож­ным разделить граниты на две группы: Т и М. Для группы Т предпочтительно применение термического, и М механических способов разрушений. При разделении гранитов на группы ос­новным показателем (главным признаком) является содержа-

Классификация массивов мрамора по степени трудности разработки

Способ подготовки блоков к выемке

С? о.

Легко разрабаты­ваемый

Средней трудно­сти разработки

Трудноразраба-

Тываемый

Весьма трудно - разрабатываемый

Исключительно трудиор азрабаты - ваемые

Камнерезные машины с твердосплавными рез­цами

Камнерезные машины с твердосплавными рез­цами в комбинации со взрывным отделением Камнерезные машины с алмазными резцами в комбинации со взрыв­ным отделением Канатные пилы (кварце­вый песок) в комбина­ции со взрывным отде­лением

Канатные пилы (карби­докремниевый абразив) со взрывным отделением Буровзрывные работы

Коелгинское,

Кордонское

Уфалейское, Ново-Ива­новское, Кибик-Кордон­ское

Ороктойское, Пушту - лимское, Кибик-Кор- донское

Г азганское, Кордонское

Старо-Шрошинское, Ново-Шрошинское, Ки- бик-Кордонское Кварненское, Нижне - Тагильское, Кибик-Кор - донское

Ние темноцветных минералов (биотита и роговой обманки). К группе Т отнесены граниты с содержанием темноцветных ми­нералов до 9 %, зерен минералов размерами более 5 мм до 25% и пределом прочности при сжатии —более 150 МПа. К группе М отнесены граниты с содержанием темноцветных минералов более 9%, зерен минералов размерами более 5 м — свыше 25 % и пределом прочности при сжатии — менее 150 МПа. Переходные между этими группами граниты, которым присущи признаки обеих групп, но с преобладанием основного показа­теля, подразделяются на группы ТМ и МТ. Так граниты раз­рабатываемых месторождений Украинской ССР по указанным группам распределяются следующим образом: Т—54,7%, М — 6,8 %, ТМ — 30,7 %, МТ — 7,8 %.

С учетом размеров блоков, определяемых параметрами кам- необрабатывающего оборудования, подъемно-транспортных средств и трещиноватостью массива, на гранитных месторожде­ниях Украинской ССР представляется возможным выделить девять типов массивов по расстояниям между пологими и кру - тыми трещинами.

Си,

И: * д

А£ о *з С а х х о а с

О

Р

TOC o "1-5" h z в» СЧ ^ -- ^ ®> « (О!>,. О». — «О —1. М

Сч — сч" сч —*. - М « »" >- П ^ И п со

00,0 Ю Ю ^ СП Ю 10 ^ Ш N Р) Л ю ^

ОС ^ со аГтеггГсо'Гсо^с^г^ — '1-0 см —1

О» О СО Ф 05 00 - N « N О М 1Й (В^ О О),

СС СО 00 ■ СЧ (О м’ 00 Я N <0 (О О N Я ^ 00

Ю 1Л 1Я <м ш ю о

	О <м А Г Со 1 О Сч 1 О 1 О 7 ■ ] о 1 О 1 СО 1 00 1 « 1 Ео
Со га ю -
А, Н

Расстояние (м) между трещинами для различных типов массивов

Тип массива. . lа 16 1в 2а 26 2в За 36 Зв

Трещины:

Пологие... 1,5 1,5 1,5 1,5—4,5 1,5—4,5 1,5—4,5 4,5 4,5 4,5

Крутые. 3 3—6 6 3 3—6 6 3 3—6 6

Распределение основных гранитных месторождений Украин­ской ССР по вышеуказанным признакам приводится в табл. 3.4.