CC BY
17
УДК 622.271
А.В. Стромоногов
ОПТИМИЗАЦИЯ БЕЗВЗРЫВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ РАЗБОРКИ КАРБОНАТНЫХ МАССИВОВ РУССКОЙ ПЛАТФОРМЫ НА БЛОЧНЫЙ КАМЕНЬ
Рассмотрена безвзрывная разборка карбонатных массивов с помощью гидравлических экскаваторов. Установлены рациональные объемы геологических отдельностей, эффективно разбираемых гидравлическими экскаваторами. Даны рекомендации по параметрам проведения баровых выработок для ослабления массива перед экскаваторной разборкой.
Ключевые слова: блочный камень, межслоевой контакт, карбонатный массив, безвзрывная отработка, экскаваторная разборка, баровая выработка, слоистость, трещиноватость.
В последнее время идет интенсивное восстановление древних монастырей, храмов, загородных усадеб, исторических зданий. Реставрация данных объектов предполагает широкое использование известняков и доломитов (блочного белого камня) [1, 2].
Основными поставщиками блочного камня являются карьеры, использующие стандартные взрывные способы подготовки горных массивов к выемке. В результате на камнеобрабатывающие производства поступают блоки-негабариты, имеющие наведенную взрывом микро-трещиноватость и неправильную геометрическую форму [3, 4].
Совершенствование технологий добычи блочных известняков, учитывающих структуру и горно-геологические особенности их залегания в пределах карбонатных массивов, является актуальной задачей.
Особенностью карбонатных массивов является развитая система природ-
DOI: 10.25018/0236-1493-2017-9-0-185-190
ных трещин, обусловленная геологическими условиями их формирования.Эти трещины носят название эндогенных или трещин отдельности. Такие трещины располагаются перпендикулярно к слоистости и образуют несколько систем, предопределяющих в совокупности со слоистостью, разделение массива на геологические отдельности определенных размеров (рис. 1) [5].
Для разборки карбонатных массивов на геологические отдельности горное машиностроение дает весьма эффективный инструмент — гидравлические экскаваторы массой от 20 до 50 т. Опыт разборки карбонатных массивов на геологические отдельности имеется на ряде отечественных месторождений: Любуши (Тульская обл.), Афанасьевское (Московская обл.), Добрятинское (Владимирская обл.), Щуровское (Московская обл.), Баишевское (Рязанская обл.) и др. Данный опыт свидетельствует, что на эффективность работы гидравлических экс-
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 9. С. 185-190. © А.В. Стромоногов. 2017.
Рис. 1. Внешний вид карбонатных массивов Добрятинского месторождения (Владимирская обл.): 1 — мощные разностные слои известняка; 2 — разностные слои, имеющие небольшую мощность; 3 — мергелевые прослойки, заполняющие межслоевые контакты (контуры слоистости)
каваторов мало влияет механическая прочность самих отдельностей. Важнейшим фактором здесь являются силы сцепления вынимаемого блока с нижележащим слоем и распорные усилия, возникающие вдоль природных трещин, оконтуривающих геологическую отдельность (блок) [6].
Сила сцепления геологических отдельностей с межслоевым контактом неравномерно распределена по площади последнего. В пределах контуров выемочного полигона встречаются локальные зоны площадью от 20 до 120 м2, в которых значение коэффициента сцепления межслоевых контактов часто превышают вырывные усилия, создаваемые гидравлическим экскаватором. Данное обстоятельство в ходе экскаваторной разборки приводит к оставлению целиков [6].
Затраты, связанные с эксплуатацией гидравлического экскаватора, входят в себестоимость добываемого блока, которая не может превышать предельную рыночную стоимость данного вида минерального сырья.
0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20 2,40 Средний объем геологических отдельностей в продуктивном слое, м3
1 —Вырывное усилие экскаватора 13 т 4 —•— Вырывное усилие экскаватора 16 т
2 * Вырывное усилие экскаватора 20 т 5 • Вырывное усилие экскаватора 24,6 т
3 Вырывное усилие экскаватора 28,5 т 6 ~~ Максимальные затраты
Рис. 2. Область возможного использования гидравлических экскаваторов при разборке продуктивных слоев известняка на блочный камень в зависимости от вырывных усилий и объема геологических отдельностей: A — наиболее эффективная область послойной экскаваторной разборки продуктивного слоя; B — разборка возможна, но крайне редкими являются случаи появления такой блочности на карбонатных массивах Русской платформы; C — разборка гидравлическим экскаватором неэффективна по экономическим соображениям
На базе разработанной методики получены кривые, характеризующие зависимости изменения удельных эксплуатационных затрат на выемку 1 м3 товарных блоков от вырывных усилий гидравлического экскаватора и блочности продуктивного слоя (рис. 2).
Основываясь на данных рис. 2, можно констатировать, что разборка продуктивных слоев гидравлическими экскаваторами экономически целесообразна для зоны, характеризующейся средним объем геологических отдельностей от 0,85 до 1,7 м3 и при вырывных усилиях экскаватора от 13 до 22 т. Продуктивные слои с вырывным усилием более 22 т целесообразно разбирать с их предварительным ослаблением баровыми выработками (щелями).
Проходка баровых выработок может осуществляться под разными углами к трещинам основной системы (рис. 3). Угол пересечения щелей с основной системой трещин продуктивного слоя предопределяет выход и средний объем извлекаемых блоков. Максимальный выход товарных блоков обеспечивается при пересечении щелей с основной системой трещин под углами ~90°.
На выбор модели гидравлического экскаватора при разборке подготовленного при помощи баровых пропилов продуктивного слоя значительное влияние оказывают расстояния между щелями, которые также определяют геометрические размеры (объемы) извлекаемых блоков [7].
С одной стороны, чем меньше расстояние между баровыми выработками и соответственно меньше размер извлекаемого блока, тем требуется менее мощная модель экскаватора для разборки. С другой — уменьшение расстояния между щелями приводит к увеличению объема работ баровой установки и снижению среднего объема и выхода товарного блока и, как следствие, увели-
Рис. 3. Схема, иллюстрирующая изменение объема и морфологии извлекаемых блоков в зависимости от ориентации щелей (баровых выработок) относительно основной системы трещин продуктивного слоя в карбонатном массиве: ориентация баровых выработок относительно основной системы трещин под углом 90° (а); то же, под углом 112° (б); то же, под углом 135° (в): 1 — баровые выработки; 2 — основная система трещин; a — расстояние между смежными баровыми выработками; Ь — расстояние между смежными трещинами; Эс — средняя площадь (объем) товарного блока
Рис. 4. График изменения удельных затрат на добычу 1 м3 кондиционных блоков из продуктивного пласта в зависимости от расстояний между баровыми щелями и силами сцепления межслоевых контактов
чению затрат на их распиловку. В связи с вышесказанным возможно определить оптимальное расстояния между щелевыми (баровыми) выработками.
Расстояние между щелевыми выработками предлагается определять через минимальные удельные затраты (Зтт) на эксплуатацию баровой установки, гидравлического экскаватора и распиловку товарных блоков.
Эти затраты возможно определить по следующему выражению:
к
Зэ
а,
л
бар бар
Кб • О
бар у
равна 50 м2), м2; Зрсм — эксплуатационные затраты в смену при распиловке кондиционных блоков в цеху камнео-бработки, руб/см; Эсм — площадь плиты, получаемой из кондиционных блоков за рабочую смену, м2/см.
Подставив в выражение (1) формулы для определения площади баровых щелей (5бар) и площадь плиты, получаемой из кондиционных блоков за рабочую смену (Э ) получим:
Зрсм ,руб/м2,
$см (1)
где кв — коэффициент выхода плиты после распиловки кондиционного блока; Зэкс — эксплуатационные затраты на 1 ч работы экскаватора, руб/ч; 0экс — эффективная производительность экскаватора, м3/ч; Збар — эксплуатационные затраты на 1 ч работы баровой установки, руб/ч; 0бар — эффективная производительность баровой установки, м2/ч; Укб — объем кондиционных блоков, добытых из продуктивного слоя, м3; Эбар — площадь стенок баровых щелей, м2; Эп — площадь плиты в 1 м3 кондиционного блока (при толщине 20 мм площадь
Зтт
Л
бар
ь ■ I ■ Об
руб/м2
(2)
где I — расстояние между баровыми выработками, м; Ь — коэффициент выхода кондиционных блоков из продуктивного слоя; Тсм — время рабочей смены, ч; Тв — вспомогательное время на подготовку и установку одного кондиционного блока на станок, ч; V — эффективная скорость пиления станка, м2/ч; hп — толщина плиты, выпиливаемой из кондиционного блока, м.
Кривые изменения удельных затрат в зависимости от расстояний между ба-
к
в
З
рем
+
см
ровыми щелями и силами сцепления межслоевых контактов представлен на рис. 4.
По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Разборка продуктивных слоев гидравлическими экскаваторами экономически целесообразна для зоны, характеризующейся средним объемом геологических отдельностей от 0,85 до 1,7 м3
и при вырывных усилиях экскаватора от 13,0 до 22,0 т.
2. При показателях прочности межслоевых контактов превышающих уровень 7—10 т/м2, продуктивный выемочный слой должен ослабляться техногенными щелевыми выработками, направленными в крест простирания основной системы природных трещин массива с интервалом от 1,6 до 2,0 м.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Стромоногов А.В., Супрун Е.В. Реставрация и воссоздание каменных памятников древней Руси // Империя камня. — 2005. — Июнь. — С. 64.
2. Стромоногов А. В., Супрун Е. В. Использование природного камня в храмостроитель-стве // Православный экономический вестник Приход. — 2003. — № 4, 5.
3. Супрун В. И. Белый камень: Учебное пособие. — М.: Изд-во МГГУ, изд-во «Горная книга», 2010. — 153 с.
4. Сафронов В. П. Технология и комплексы оборудования выемки природных естественных отдельностей (блоков) из массива карбонатных пород. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. — Тула, 2002. — 344 с.
5. Супрун В. И., Артемьев В. Б., Опанасенко П. И., Левченко Я. В., Стромоногов А. В. и др. Перспективная техника и технологии для производства открытых горных работ. — М.: Изд-во «Горное дело» ООО «Киммерийский центр», 2017.
6. Супрун В. И., Стромоногов А. В. Трещиноватость и блочность карбонатных массивов Русской платформы // Горный журнал. — 2008. — № 1. — С. 17—18.
7. Стромоногов А. В., Супрун В. И., Агафонов Ю. Г. Технология добычи блочного камня на сложноструктурных карбонатных месторождениях // Горные науки и технологии. — 2016. — № 2. — С. 3—13. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРE
Стромоногов Андрей Викторович — ведущий инженер, Проектно-экспертный центр в составе Горного института НИТУ «МИСиС», e-mail: [email protected].
ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 9, pp. 185-190.
UDC 622.271
A.V. Stromonogov
OPTIMIZATION OF NON-BLASTING METHOD OF CARBONATE STONE BLOCK CUTTING IN THE RUSSIAN PLATFORM
Non-blasting cutting of carbonate rocks by hydraulic shovels is studied. Rational volumes of geological blocks to be efficiently cut by hydraulic shovels are determined. The recommendations on bar drive designs to soften rocks before cutting by shovels are made.
Key words: stone block, interlayer contact, carbonate rock mass, non-blasting cutting, shoveling, bar drive, stratification, jointing.
DOI: 10.25018/0236-1493-2017-9-0-185-190
AUTHOR
StromonogovA.V., Leading Engineer, Design-Expert Center,
Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS»,
119049, Moscow, Russia, e-mail: [email protected].
REFERENCES
1. Stromonogov A. V., Suprun E. V. Imperiya kamnya. 2005. Iyun', pp. 64.
2. Stromonogov A. V., Suprun E. V. Pravoslavnyy ekonomicheskiy vestnik Prikhod. 2003, no 4, 5.
3. Suprun V. I. Belyy kamen': Uchebnoe posobie (Белый камень: Educational aid), Moscow, Izd-vo MGGU, izd-vo «Gornaya kniga», 2010, 153 p.
4. Safronov V. P. Tekhnologiya i kompleksy oborudovaniya vyemki prirodnykh estestvennykh otdel'nostey (blokov) iz massiva karbonatnykh porod (Technologies and equipment to cut natural joints (blocks) from carbonate rock mass), Doctor's thesis, Tula, 2002, 344 p.
5. Suprun V. I., Artem'ev V. B., Opanasenko P. I., Levchenko Ya. V., Stromonogov A. V. Perspektiv-naya tekhnika i tekhnologii dlya proizvodstva otkrytykh gornykh rabot (Advanced technology and equipment for open pit mining), Moscow, Izd-vo «Gornoe delo» OOO «Kimmeriyskiy tsentr», 2017.
6. Suprun V. I., Stromonogov A. V. Gornyy zhurnal. 2008, no 1, pp. 17-18.
7. Stromonogov A. V., Suprun V. I., Agafonov Yu. G. Gornyenaukiitekhnologii. 2016, no 2, pp. 3—13.
_
РУКОПИСИ, ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ «ГОРНАЯ КНИГА»
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СУММАРНОГО СТОХАСТИЧЕСКОГО ГРУЗОПОТОКА ОТ ДВУХ НЕЗАВИСИМЫХ ЛАВ НА МАГИСТРАЛЬНЫЙ КОНВЕЙЕР
(№ 1103/09-17 от 04.07.2017, № 1104/09-17 от 04.07.2017; 16 с.) Дмитриева Валерия Валерьевна — кандидат технических наук, доцент, РГУ Нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина, e-mail: [email protected], Сизин Павел Евгеньевич — кандидат физико-математических наук, доцент, ИБО НИТУ «МИСиС», e-mail: [email protected].
Рассмотрена задача о формировании грузопотока на магистральном конвейере, на который поступает уголь с двух забойных конвейеров. Поступление грузопотока представлено в виде марковского случайного процесса. В этом случае зависимость от времени вероятностей нахождения системы в различных состояниях получена на основании решения системы уравнений Колмогорова. Проведено моделирование суммарного грузопотока. Полученные результаты могут быть применены для синтеза управляющей системы, регулирующей скорость магистрального конвейера в зависимости величины входного грузопотока.
Ключевые слова: ленточный конвейер, марковский случайный процесс, стохастический грузопоток, моделирование, вероятностные характеристики.
THEORETICAL ANALYSIS AND SIMULATION OF SUMMARY STOCHASTIC FREGHT TRAFFIC FROM TWO INDEPENDENT COALFACES ON THE MAIN CONVEYOR
Dmitrieva V.V., Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, e-mail: [email protected], Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University), 119991, Moscow, Russia, Sizin P.E., Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Assistant Professor, e-mail: [email protected], Institute of Basic Education, National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia.
The problem for formation of freight traffic on the main conveyor is considered on which coal from two coalface conveyor arrives. The arrival of freight traffic is presented in the form of Markov random process. In this case the time dependence of probabilities of standing of system in different statuses is received based on the solution of Kolmogorov equations. Simulation of summary freight traffic is carried out. The received results can be applied to synthesis of the control system regulating the speed of the main conveyor in dependence of value of input freight traffic.
Key words: belt conveyor, Markov random process, stochastic traffic, modeling, probabilistic characteristics.
