CC BY
87
СЕМИНАР 14
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
^ © Л.И. Звягинцев, В.И. Супрунр4 А.П. Бульбашев, Н.М. Кулин,
А.Д. Стромоногов, 2001
УДК 553.5:622.23 4 \ %\
Л.И. Звягинцев, В.И. Супрун, А.П. Бульбашев, Н.М. Кулин, А.Д. Стромоногов
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫЕМКИ
БЛОКОВ ИЗВЕСТНЯКОВ НА КАРБОНАТНЫХ Б ЕСТОРОЖДЕНИЯХ___________________________________
елый камень - в просторечье известняк - вплел ажурные, обаятельные строчки в зодчество России, бесценно обогатил его палитру. Белокаменная летопись, вдохновенно писавшаяся лучшими зодчими нашей страны на протяжении столетий, - ярчайший символ высокой отечественной самобытной культуры.
Из белого камня - главным образом мячковского типа - построены древние храмы Суздаля, Владимира, Юрьева-Польского, Переславля-Залесского, величественные соборы Московского Кремля, церкви Москвы и Подмосковья, поражающие красотой храмы Троице-Сергиевой лавры, Саввино-Сторожевского монастыря в Звенигороде, Лужецко-го под Можайском, церкви Знамения в Дубровицах под Подольском и шедевр древнерусской архитектуры - храм Покрова на Нерли под Владимиром. В одном только Подмосковье насчитывается не менее сотни белокаменных храмов.
В наше время потребность в белом камне резко возросла. Его сегодня активно извлекают на Афанасьевском карьере, что возле г. Воскресен-ска в Московской обл.
Афанасьевским белым известняком облицован выстроенный в честь пятидесятилетия Победы в Великой Отечественной войне храм Георгия Победоносца на Поклонной горе. Это белокаменное сорокадвухметровое великолепие, увенчанное золотым куполом, стало новым достопримечательным явлением российского зодчества.
Кладовые природы известняка в Подмосковье и прилегающих к нему областях составляют пласты толщиной в 1500 м, а в районе Ярославля - 2500 м. Однако, не все они могут с одинаковым эффектом пойти в дело. Высшими кондициями, как свидетельствуют постройки испытанные временем, располагают известняки мячковского и подольского горизонтов, сформированных в среднем карбоне примерено 320-350 млн. лет назад.
Переход к рыночной экономике изме-няет требования к природному облицовочному камню. Основными факторами при принятии решения по его выбору являются экологическая чистота, историческая адекватность, стоимость. По первым двум факторам известняки, доломиты и песчаники русской платформы имеют неоспоримые преимущества в сравнении с мраморами и гранитами отечественных и зарубежных месторождений.
Вот почему использование недорогих местных строительных материалов становится все более и более привлекательным не только при реставрации культовых и исторических зданий, но и при строительстве частных домов, банков, садовопарковых ансамблей.
Конкурентоспособность различных сортов камня можно достаточно точно характеризовать производственными затратами на 1 м2 готовых изделий, получаемых из сырых блоков после распиловки. Несмотря на более низкий выход товарной продукции из сырых блоков конкурентоспособность недорогих известняков и доломитов русской платформы в 2,5-5,0 раз выше мрамора отечественных и зарубежных месторождений. Обусловлено это меньшим значением транспортной составляющей («географический фактор») и низкой стоимостью сырых блоков, т.к. на большинстве карьеров карбонатного сырья подмосковного и прилегающих регионов блочный известняк и доломит добываются попутно, в то время как каменные карьеры Урала и Сибири являются, как правило, предприятиями с жесткой специализацией.
В силу вышесказанных обстоятельств руководители строительного комплекса г. Москвы начинают постепенные изменения номенклатуры камня для наружной облицовки с широкой ориентацией на использование недорогих, проверенных историей, местных строительных материалов из карьеров Подмосковного и ближайших к нему регионов.
Спрос на известняк и доломит по г. Москве и Подмосковному региону составляет порядка 100.000 м2 готовых изделии в год. Для выработки такого количества изделий требуется от 4000 до 5400 м3 сырых блоков. Остродефицитной позицией для г. Москвы остаются доломиты желтого цвета для реставрации полов и ступеней, исторических зданий и культовых сооружений. Основными проблемами развития и освоения сырьевой базы известняков и доломитов русской платформы является малая доля передовых технологий добычи и обработки камня. Получение блоков известняка и доломитов на карьерах подмосковного региона осуществляется в большинстве случаев с использованием взрывного разрушения массивов. Основной недостаток взрывного способа -нарушение целостности монолитов с образованием сетки техногенных (взрывных) трещин, возникающих на фронте ударной волны в зонах деформации природного массива. Наличие наведенной (взрывной) трещиноватости в монолитах известняка резко сокращает выход товарной продукции при распиловке, но, главное, ведет к уменьшению долговечности изделий и сооружений, используемых для наружных работ.
В силу названных обстоятельств, при добыче мрамора и мягких пород доминируют безвзрыв-ные технологии разработки. Основой таких технологий, в большинстве случаев, является алмазно-канатное пиление.
Вместе с тем использование данных технологий для выемки известняков и доломитов затруднительно в силу того, что продуктивные горизонты для выемки известняков и доломитов расположены, как правило, на средних и нижних гипсометрических уровнях разрабатываемого природного массива. Кроме того, на большинстве карьеров Подмосковья используются зависимые системы разработки, при которых существует жесткая связь между вскрышными, добычными и горно-подготовитель-ными работами в отношении последовательности их выполнения, при этом долговременные вскрытые запасы полезного
ископаемого ограничены, а порядок ведения горных работ строго регламентируется календарным планом. В таких условиях технология извлечения блочных известняков и доломитов необходимо базировать на принципах попутной выемки, при этом верхняя часть природного массива (до продуктивных пластов) должна разрабатываться безвзрывным способом. Первым шагом в этом направлении можно считать технологию извлечения мячковских известняков и доломитов на Афанасьевском месторождении, расположенном в Московской области вблизи г. Воскресенска. Систематическая разработка блочного известняка мячковского горизонта на Афанасьевском месторождении начата с 1993 г. в южной зоне действующего карьера. Усилиями инженерно-технических специалистов карьера и Московского государственного горного университета в западной зоне месторождения отработана и внедрена без-взрывная технология извлечения известняков мячковского горизонта по природным слоям. Технология реализована на базе головного образца стрелового фрезерного комбайна КГФ-80 и мобильной камнерезной баровой установки СМБ-210/140.
Суть технологии состоит в следующем. Верхний слой рыхлых пород (реголита) перемещается в выработанное пространство драглайном ЭШ-10/70, с обнажением кровли коренных пород (мергелей). Промышленная пачка мергелей с пределом прочности слагающих слоев от 170 до 210 кг/см2 и мощностью от 7 до 10 м отрабатывается безвзрывным методом с использованием экскаватора-мехлопаты ЭКГ-5в.
Основное принципиальное отличие экскаватора ЭКГ-5в от серийной мехлопаты ЭКГ-5а состоит в том, что он оснащен ковшом активного действия, в передней стенке которого смонтирована группа пневмомолотов. Некондиционные слои доломитов и известняков предшествующие продуктивным горизонтам, в виду их высокой прочности (от 210 до 510 кг/см2) не могут отрабатываться экскаватором ЭКГ-5в. Для отработки данных пород используется стреловой фрезерный комбайн КГФ-80.
Табл
Н
иі
Мои
Л
Площадь резания, м
Удельная мощность на 1м2 площади резания, кВт/м2
Частота вращения барабана, об/мин Длина рукоятей, мм.
40-65
известняка осуществляется без-взрывным способом последовательно сверху вниз, с подготов-
ЩИХ ОРГАНОВ ФРЕЗЕРНЫХ КОМБАЙ-ТЕЛе Й И КОМБАЙНА КГФ-80
250
2х22
2,0
220
20-25
4900
0)
Крупп
7110
1850
16,9
109
9-12
КГФ-80
685/865*
150
0,25-0,7
До 570
35-44
4250
*для удлиненной фрезы **при глубине резания 0,3 м.
4 5.00 %
4 2 .1 0%
3 0 0 0 %
15.00%
.пин
В основу комплектации машины КГФ-80 положены отработанные элементы и узлы тяжелых проходческих комбайнов. Машина изготовлена и пущена в опытную эксплуатацию в 1994 г. В 1995 г. комиссией в составе специалистов Центрального промышленного округа Госгортехнадзора России, Афанасьевского карьера и МГГУ машина принята в промышленную эксплуатацию. Сопоставительные характеристики комбайна КГФ-80 с лучшими зарубежными аналогами в таблицах 1 и 2.
При отработке некондиционного верхнего слоя комбайн устанавливается на кровлю первого кондиционного слоя блочного известняка (слой «Патриарх» по Ю.И. Сычеву) и выполняет его зачистку. Отработка продуктивных горизонтов
Таблица 2
кой слоев к выемке посредством
щелевых врубовых выработок шириной 140 мм и глубиной до 1700 мм. Проходка щелевых выработок осуществляется мобильной баровой камнерезной установкой БРК-210/140. В природном выемочном слое щелевые выработки ориентируются перпендикулярно основному направлению вертикальных природных (тектонических) трещин массива, что позволяет увеличить выход товарных блоков и приблизить их форму к прямоугольной. После подготовки
природных выемочных слоев щелевыми выработками его разборка осуществляется экскаватором ЭКГ-5.
Диагностика системы вертикальных текто-
СОПОСТАВИТЕЛЬНАЯ ТАБЛИЦА ТЕХНИЧЕСКИХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КОМБАЙНА КГФ-80 С БЛИЖАЙШИМИ АНАЛОГАМИ ВЕДУЩИХ ЗАРУБЕЖНЫХ ФИРМ
Показатели КГФ-80 VASM-2D (Альпине) SM-2600 (Виртген)
Производительность по резанию, м3/ч при энергоемкости процесса разрушения 2,4 кВт/мч 57-70 150-180 110-140
Крепость разрабатываемых пород, МПа. До 100 До 80 До 100
Минимальная мощность выемки, м 0,3 0,3 0,15
Максимальная высота выемки, м 4,5 5,0 0,35
Удельные затраты на 1т металлоконструкций, тыс. долл/т 7,3 27,4 42,25
нических трещин на Афанасьевском карьере выполнена по их выходам на плоскости стенок щелевых рубовых выработок.
Результатом данной работы является установление природных закономерностей распространения тектонических трещин (геометризация систем трещин). Комплекс работ, выполненных на Афанасьевском месторождении, свидетельствует, что направление тектонических трещин для продуктивных слоев «мячковского» известняка совпадает. Азимут простирания трещин составляет 137°.
Увеличения темпов подготовки блоков известняка к выемке диктует необходимость совершенствования баровых установок. Одним из вариантов решения этой проблемы является уменьшение ширины пропила, посредством изменения эпюры расстановки элементов режущей цепи бара, что позволит уменьшить ширину пропила до 110 мм. При ширине пропила 110 мм установка БРК-210/110 будет близко соответствовать баровой установке HD-830 фирмы HYDRA WHEEL. Данное техническое решение в сочетании с охлаждением баровой цепи водой позволит использовать модернизированную баровую установку БРК-210/110 для подготовки доломитов крепостью до 45-50 МПа.
Следующим шагом в совершенствовании баровой установки БРК-210/110 является создание поворотного бара. Поворот бара на 90 градусов позволит делать пропилы не только в вертикальных, но и в горизонтальной плоскостях. Такое техническое решение позволит исключить из технологии разработки блочного
РРис.1. 21роДиап]|1яммоотанмвеншия б. ншонади з вситиияа сьдшииблоков груяпкоюскивроор ИзоНатриАрюНаиь-третвсого («ПодлощикдСнииячКолои скДатриархАфПодлвавикоГо месторождения
известняка и доломита звено разборки массива экскаватором.
Как показывает опыт Афанасьевского карьера, существует некоторый процент блоков неправильной формы, образующихся в результате выламывания их экскаватором.
Дополнительные пропилы позволят увеличить процентный выход товарных блоков.
Выход товарных блоков в сезон 1999 г. определяется по второму («Патриарх») и третьему («Подлещик») слоям известняка мячковского горизонта.
Обмеру подвергались блоки известняка, вынутые из второго и третьего слоев мощностью соответственно 0,7 и 0,5 м. Статистическая обработка выполнена по 257 блокам.
На рис. 1 показан процентный выход блоков известняка по группам (в соответствии с ГОСТ 9479-84).
Анализ данных диаграммы рис. 1 свидетельствует, что после разработки массива мячковско-го известняка доминируют блоки IV и V групп (>81%).
Вместе с тем изготовление изделий больших размеров из сырых блоков возможно, так как несмотря на относительно малую мощность выемочного слоя (0,5-0,7 м) более 30 % блоков имеют площадь 1,5 м2, а 8 % блоков - площадь 3 м2 и более (рис. 2).
В старину при подземной разработке добытые блоки не поднимали сразу на поверхность, а размещали в выработках на 1-1,5 года. За этот срок добытые блоки теряли естественную влагу и приобретали особые свойства, благоприятствующие использованию их в качестве материала для строительства белокаменных сооружений. Для реставрации исторических памятников и архитектурных сооружений
необходимо использовать камень со свойствами, придаваемыми ему древними зодчими.
Чтобы получить такой камень, его некоторое время нужно продержать на складе. За это время он потеряет естественную влажность и приобретет необходимые свойства. Склады хранения
пассированных блоков известняков должны находиться под крышей или иметь локальные защитные покрытия для эффективной потери естественной влаги после выемки из массива и исключения воздействия влаги в осенне-зимний период.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
/ 7
Звягинцев Леонид Иванович - доктор геолого-минералогических наук.
Супрун Валерий Иванович - доктор технических наук.
Бульбашев Александр Павлович - кандидат технических наук.
Кулин Николай Михайлович - инженер.
Стромоногов Андрей Дмитриевич - инженер.
Кафедра «Технология, механизация и организация открытых горных работ»,
Московский государственный горный университет.
/
