CC BY
158
-------------------------------- © А.Д. Бардовский, П. Я. Бибиков,
А.В. Калакуцкий, 2009
А.Д. Бардовский, П.Я. Бибиков, А.В. Калакуцкий
СОВРЕМЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ГИБКИХ РЕЖУЩИХ ОРГАНОВ ПРИ ДОБЫЧЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
В статье приведены сведения относительно областей применения канатных пил при добыче угля, каменной соли, блочного камня. Указано, что в зависимости от конкретных условий, необходимо учитывать конструктивное изменение привода и гибкого рабочего органа канатной пилы.
Ключевые слова: Уголь, каменная соль, блочный камень, строительные материалы, рабочий орган, канатная пила, привод канатной пилы.
ТЖ стория установок для канатного пиления камня насчитывает всего около 100 лет. В 1900 году в Италии под Каррарой впервые была изготовлена установка с неар-мированным канатом, с помощью которого с использованием стального каната и кварцевого песка была произведена опытная добыча мягкого известкового камня.
В 1972 году фирмой «Co. Fl. Plast» впервые была использована установка для пиления мрамора канатом. А в 1982 году приступили к использованию канатных установок и для добычи блоков прочных изверженных горных пород, вначале менее прочных разновидностей (типа габбро, лабрадоритов), а затем и гранитов.
В настоящее время процесс добычи блоков природного камня осуществляется тремя основными способами:
• открытым, когда добыча блоков камня осуществляется под открытым небом на карьерах;
• подземным, когда добыча блоков камня (в основном мягких горных пород и мраморов) осуществляется под землей, т.е. в глубине земной коры, в шахтах;
• открыто-подземным способом, когда добыча блоков на отдельных участках осуществляется открытым способом, а на отдельных участках подземным способом.
Во многом конструкция канатопильной установки определяется используемым инструментом, и может быть разделена на две основные группы:
• установки с неармированными канатными пилами, которые очень широко использовались в 1970—1990 гг., в качестве инструмента у которых служил неармированный многопроволочный и многопрядный канат двухсторонней свивки, замкнутый в бесконечный контур с помощью специального соединения и работающий совместно с кварцевым песком или абразивной смесью (кварцевый песок — 85—95 %, корбит кремния — 5—15 %).
• установки с армированными канатными пилами, у которых на несущий стальной трос закреплены алмазоносные режущие элементы.
До 1982 года наибольшее распространение на карьерах по добыче блоков мрамора имели канатопильные установки с неармиро-ванными канатами. В настоящее время применяются на карьерах практически как установки с алмазным канатом, так и установки с канатом неармированным алмазными режущими элементами.
В отечественной практике наибольшее распространение получила канатная выемка при добыче угля, главным образом на пластах, подверженных горным ударам. С помощью несовершенного оборудования по сравнению с обычными способами выемки было достигнуто улучшение основных техникоэкономических показателей: производительность труда рабочих по очистным работам возросла в 2-4 раза, себестоимость угля снизилась, расход лесоматериалов сократился в 1,5—2,5 раза.
Типовая установка канатной пилы (рис. 1) состоит из гибкого режущего органа (пилы) 1, тяговых канатов 2 с отклоняющими блоками и привода пилы 3.
Гибкий режущий канат (пила) прорезает в крутом угольном пласте щель, которая нарушает равновесное состояние полосы угля, что ведет к разрушению под действием собственного веса и горного давления [1].
Практикой установлено, что указанный способ выемки может применяться только в определенных горно-геологических условиях, а именно:
а) боковые породы должны быть не ниже средней устойчивости;
б) уголь пластов должен быть мягким, способным легко обру-шаться после подрубки его канатной пилой или крепким, но весьма напряженным за счет защемления его боковыми породами;
в) при больших углах падения и мощности пластов, так как в этих условиях лучше происходит саморазрушение.
Несмотря на ряд очевидных преимуществ способа выемки угля пилами перед обычными способами ведения очистных работ, внедрение их в производство сдерживалось, так как зачастую пилы использовались в неподходящих условиях, что компрометировало новый способ выемки.
Определена целесообразность использования установок с гибким исполнительным органом при добыче угля:
а) подрезка угольного пласта для ликвидации опасности внезапных выбросов угля и газа;
б) отработка весьма тонких пластов угля, используемых в качестве защитных по отношению к пластам, опасным по внезапным выбросам угля и газа;
в) разрушение крутых пластов угля (тонких и средней мощности) ослабленных активным проявлением горного давления, действием силы тяжести, трещиноватой структуры и другими естественными факторами.
В условиях соляных шахт пилы были использованы для прорезания щелей между взрываемым массивом каменной соли и целиком для достижения гладкой ненарушенной поверхности стен камеры.
Перспективной областью использования канатных пил является добыча с их помощью блоков из природного камня, а также распиловка на плиты и др. изделия.
Строительный камень используют при сооружении различных строительных конструкций, облицовки зданий, оформлений интерьеров. В современном строительстве природный камень играет значительную роль наряду с получившими распространение искусственными строительными материалами (кирпичом, бетоном, керамикой, полимерами и др.).
Природные каменные материалы и отходы их добычи являются комплексным ценным технологическим сырьем для производства заполнителей, вяжущих, бетонов, декоративных камнебетонов, огнеупорно-керамических, плавленых, стеклообразных, волокнистых, вспученных и других искусственных материалов и изделий с заранее заданным составом и свойствами для применения в строительстве и промышленности.
Каменные строительные материалы включают широкую номенклатуру изделий, получаемых из горных пород, а именно: изделия правильной формы (блоки, штучный камень, плиты, бруски), профилированные изделия, камень в виде кусков неправильной формы (бут, щебень и др.).
Каменные строительные материалы разделяют на три группы: облицовочный камень, стеновой камень и нерудные материалы.
«Облицовочным» (иначе «декоративным») называют природный камень, который по своим эстетическим качествам после соответствующей переработки пригоден для отделочных работ.
«Штучным» стеновым камнем называют каменные материалы правильной геометрической формы, полученные непосредственно из горного массива с помощью специальных механизмов.
Под нерудными материалами в строительной промышленности понимают камень, используемый в виде фракционированного щебня, идущего на производство бетона, асфальтобетона и др.
Если к стеновому камню относится сравнительно небольшая группа пород (известняк, доломит, некоторые вулканические туфы и др.), то группа облицовочного камня включает значительно большее их количество, а именно: плотные изверженные, осадочные и метаморфические горные породы. В зависимости от состава и структуры камня способы его добычи и обработки значительно меняются, и это определяет, наряду с некоторыми другими факторами, выбор типа машин станков, используемых на горных предприятиях и заводах [2].
Отличительной особенностью канатных пил является возможность использования их рабочего органа — канатного контура как в установках по добыче камня (рис. 2), так и в установках по его переработке (рис. 3).
В первом случае это способствует расширению сырьевой базы каменного производства, а во втором — увеличению ассортимента выпускаемой продукции. И в том, и в другом случаях применение технологии канатного пиления способствует комплексному использованию каменного сырья.
С помощью канатных пил можно выполнять следующие работы:
• добыча и пассировка блоков — месторождения метаморфических и осадочных пород (мраморы, известняки и др.);
• пассировка блоков — месторождения изверженных пород (граниты, габбро, лабрадориты, базальты, туфы и др.).
В отдельных случаях в последнее время канатные пилы стали применяться для отделения монолитов гранита от массива. Однако для промышленного освоения данного способа необходимо проведение дальнейших испытаний [3].
Благодаря использованию канатных установок, многочисленные потребители получают широкую номенклатуру полуфа-
Рис. 2. Установка по добыче камня
Рис. 3. Установка по переработке камня
брикатов требуемого качества и значительную экономию за счет их эффективного использования. Представляет интерес использование малогабаритных карьерных канатных установок в условиях поли-
494
гонов и на складах для выполнения пассировки и разрезания мелких блоков.
Благодаря усложнению кинематики станков появилась возможность выпускать изделия с самыми разнообразными формами поверхностей распила: плоской, криволинейной, цилиндрической, конической, сферической, фигурной. Соответственно расширен ассортимент выпускаемой продукции.
Следует отметить, что возможности комплексного использования сырья остаются нереализованными на целом ряде камнедобывающих и камнеперерабатывающих предприятий. В плане комплексного использования сырья весьма перспективным является применение единых технологических схем переработки каменных материалов. При этом камнеобрабатывающие заводы размещаются либо у сырьевых баз, либо у крупных потребителей. В первом случае заводы получают полуфабрикаты (блоки-заготовки) из собственных карьеров, а во втором от различных потребителей.
Целям комплексного использования сырья могут способствовать такие направления камнеобрабатывающего производства, как широкий выбор долговечных декоративных каменных материалов, обоснование номенклатуры новых каменных изделий, разработка высокопроизводительной техники и технологии обработки каменных материалов и изделий, применение автоматизированных технологических линий с учетом разновидностей каменных пород и номенклатуры изделий, утилизация отходов камнеобработки, разработка нормативных документов для выпускаемых материалов и изделий.
В технологических процессах, предусматривающих комплексное использование минерального сырья, наиболее перспективными в сочетании с канатным пилением являются безвзрывные способы дробления и направленного разрушения природного камня. Из этих способов разрушения значительными преимуществами обладает способ, основанный на применении механического удара. Этот способ на практике реализуется с помощью различных пневмо и гидроударных установок, для применения которых, в отличие от способов, реализуемых с помощью электроразрядных установок, гидроклиновых установок и НРС, не требуется выполнение трудоемких и продолжительных буровых работ.
Применение канатного пиления в сочетании с различными механическими и физико-техническими способами способствует
принципиальным изменениям в индустрии камня и создает условия для производства различных изделий поточным методом.
Таким образом, областью использования канатных пил может быть: добыча угля, каменной соли, природного камня и др. Необходимо учитывать, что в каждой из областей применения конструкция установок должна иметь свои особенности, в частности это касается привода и рабочего органа канатной пилы.
---------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Степанов Е.А. «Исследование привода гибкого исполнительного органа возвратно-поступательного действия для резания горных пород» Кандидатская диссертация, Прокопьевск, 1965.
2. Левковский Г.Л., Давтян К.Д. «Технология алмазно-канатного пиления и комплексное использование минерального сырья» М., 2004.
3. Левковский Г.Л., Бардовский А.Д., Бибиков П.Я. «Повышение эффективности добычи природного камня алмазно-канатными пилами». Ж. Горное оборудование и электромеханика №1, 2009 с. 33-38. liirjsi
Bardovskiy A.D., Bibikov P. Y., Kalakutskiy A. V.
MODERN APPLICATION OF FLEXIBLE CUTTING ELEMENTS AT MINING OPERATIONS
In the article the information relative to the fields of application of cable saws with coal mining, rock salt, unit type stone is given. It is indicated, that depending on specific conditions, it is necessary to consider a design change in drive and flexible operating unit of cable saw.
Key words: coal, rock salt, block stone, building materials, working element, rope saw, drive of a rope saw.
Коротко об авторах
Бардовский А.Д. — доктор технических наук, профессор, каф. «Теоретическая и прикладная механика»,
Бибиков П.Я. — кандидат технических наук, доцент каф. «Теоретическая и прикладная механика»,
Калакуцкий А.В. — аспирант каф. «Теоретическая и прикладная механика»,
Московский государственный горный университет,
Moscow State Mining University, Russia, [email protected]
