Ориентация плоскостей раскола камня относительно системы трещин

Ориентация забоев (плоскостей откола блоков) по главным системам трещин является первым, самым общим требованием. Следующая задача состоит в том, чтобы решить — относительно каких систем располагать забой.

При сильно развитой трещиноватости массива и малых размерах блоков (не превышающих стандартные) данная задача не возникает, так как вопрос решается самой природой. Иное дело, когда размеры природного монолита превышают максимальные, регламентированные ГОСТом и когда его приходится разделывать на меньшие, стандартные блоки Здесь и встает задача ориентации плоскостей раскола: вдоль или поперек монолита

Ранее эта задача решалась, только исходя из трудоемкости самого раскола. Решение основывалось на известной анизотропии механических свойств облицовочного камня, проявляющейся в различной трудоемкости его раскалывания по разным направлени­ям. В исследованиях М. М. Чеснокова отмечается, что плоскости, совпадающие с направлением наилучшего раскола гранитных бло­ков, располагаются примерно параллельно продольным трещинам массива; при этом трудоемкость раскалывания, при прочих равных условиях, на 66 % ниже, чем при откалывании блоков в перпенди­кулярном направлении, и на 150 % ниже при откалывании под ко­сым углом к плоскости наилучшего раскола. Отсюда делается вы­вод, что отделение блоков от массива следует осуществлять так, чтобы наибольшие плоскости их поверхности совпадали с направ­лением наилучшего раскола камня — параллельно продольным трещинам.

Исследованиями Н. Т.Бакки, проведенными для высоко­прочных пород Украинского кристаллического щита, было выяв­лено, что плоскости, по которым наблюдается наилучший раскол камня, параллельны направлениям наиболее слабой спайности ми­неральных зерен в породах и очень близки к основному направле­нию развития продольных трещин. В кварцсодержащих породах одна из плоскостей наилучшего раскола параллельна сланцева­тости и направлению линейности агрегатов зерен кварца и совпа­дает с первично-пластовыми трещинами, вторая расположена вер­тикально и пространственно ориентирована параллельно верти­кальным продольным трещинам массива, совпадающим с направ­лением директивных структур истечения магмы. Максимальные отклонения от направления анизотропной делимости при разделке монолитов на стандартные блоки должны находиться в следующих пределах: для крупнозернистых изоморфных пород до +(-)№; дня среднезернистых — до +(-)5°. При этом добычные забои в карьере необходимо располагать так, чтобы наибольшая площадь поверх­ности, по которой отделяется блок от массива, совпадала с направ­лением наиболее облегченного раскола камня.

Разделкой монолитов на блоки завершается добыча блоков в карьере, в дальнейшем происходит их распиливание на облицо­вочные плиты. Здесь уже решающими факторами становятся деко­ративность плит и трудоемкость распиливания.

Затраты времени, труда и средств на распиливание весьма велики, они значительно выше, чем при разделке монолитов на блоки. Трудоемкость распиливания, очевидно, также будет менять­ся в зависимости от направления распиливания, а оно предопреде­лено формой блоков, поступающих из карьера. Следовательно, при формировании блочной продукции в карьере необходимо учиты­вать трудоемкость последующей ее переработки на плиты. Это означает, что при разделке монолитов на блоки желательно, чтобы форма последних (а значит, и ориентация плоскостей откола) соот­ветствовала минимальной трудоемкости распиливания. Задача в такой постановке решалась экспериментальным путем. При этом учитывали следующие соображения.

К блочной продукции карьера предъявляются требования, согласно которым размеры блоков, предназначенных для распи­ливания на облицовочные плиты, должны соответствовать размер­ным характеристикам подрамных пространств распиловочных станков. В общем виде соотношение размерных характеристик блоков выражается условием

1>Ь>Ь, (10.2)

Где 1, Ь, Ь — соответственно длина, ширина, высота блока, м.

На современных распиловочных станках распиливание бло­ков камня ведут по их длинной стороне, имеющей наибольшую площадь распила. Одним из путей повышения производительности станков является увеличение коэффициента заполнения подрамно — го пространства блоками, добываемыми в карьере. Одновременно затраты на распиливание в расчете на один квадратный метр плиты должны быть минимальными. Вопрос состоит в нахождении плос­кости, распиливание по которой приводит к наименьшим трудоза­тратам.

На основании изложенного были приведены исследования по определению наилучшего по трудоемкости направления распи­ла породных блоков относительно развитых в массиве продольных (система 5), поперечных (система О) и первично-пластовых (система Ь) трещин. Одновременно проводили изучение минерало­гического состава пород для оценки влияния ориентировки мине­ральных зерен на скорость распиливания блоков.

Определение трудоемкости распиливания камня по различ­ным плоскостям было проведено для упомянутых ранее месторож­дений: Емельяновского, Коростышевского, Корнинского, Севасай — ского, Головинского и Слипчицкого.

Из забоев действующих карьеров были отобраны пробы размером от 10x10x15 до 10x15x30 см с одновременной фиксаци­ей граней монолитов в пространстве. Количество проб по объектам изменялось от 15 до 23 при общем количестве 115 на шесть место­рождений.

Для каждого из карьеров были выявлены параметры наибо­лее развитых (основных) систем трещин массива путем сбора и об­работки геологической информации, на основе которой в месте отбора выявлялись продольные, поперечные и первично-пластовые трещины массива. Отбор проб-монолитов проводился в действую­щих забоях так, чтобы одна из их плоскостей совпадала с направ­лением одной из основных систем трещин массива (S, Q или L). Из проб были изготовлены образцы в форме прямоугольных призм.

Образцы перед их изготовлением ориентировались и мар­кировались, при этом одна из коротких осей образца совпадала с одной из основных систем трещин массива — вертикальной про­дольной, вертикальной поперечной или первично-пластовой.

Распиливанию образцов предшествовало петрографическое исследование пород базовых месторождений с целью установления плоскостей, по которым возможно разрушение облицовочного камня с минимальными усилиями.

Выпиливание шлифов из образцов велось с таким расчетом, чтобы одна из коротких осей шлифа также совпала с одной из основных систем трещин массива — продольной, поперечной, пер­вично-пластовой. Шлифы первых номеров в образцах пород ори­ентировались параллельно продольной системе трещин массива, вторых — поперечной, третьих — первично-пластовой.

Изучаемые породы были разбиты на три группы (габбро, граниты, лабрадориты), проведено петрографическое исследование трех различно ориентированных шлифов для каждого базового месторождения, даны описания шлифов и сделаны выводы о воз­можном влиянии петрографических характеристик на физико- технические свойства пород.

Распиливание образцов проводили на станке, имеющем сле­дующие характеристики: частота вращения вала 1420 об/мин; диа­метр пилы 400 мм; усилие подачи 61 Н. Само пиление осуществля­лось по направлениям, согласующимся с плоскостями продольных, поперечных и первично-пластовых трещин массива, при постоян­ной скорости вращения вала двигателя и постоянном усилии пода­чи. В этом случае удельная скорость пиления — время, необходимое на проведение 1 см2 пропила в горной породе, являлась показате­лем трудоемкости распиливания данной породы и определялась как отношение площади реза (пропила) ко времени, необходимому на его осуществления. После каждого опыта производили зачистку алмазного слоя абразивом, измеряли площадь реза и время на его выполнение.

Число опытов по каждому направлению составляло от 15 до 59, по месторождениям — 77 до 103 при общем количестве на все шесть базовых месторождений — 515. Удельную скорость распили­вания определяли для каждого опыта и как среднюю по сумме опытов для исследуемого направления распиливания образца.

Для каждого базового месторождения достаточно отчетли­во выявилось направление наилучшего распиливания породы, сов­падающее для:

Лабрадорита Головинского карьера — с продольной систе­мой вертикальных трещин;

Габбро Слипчицкого карьера — с системой первично­пластовых трещин;

Гранитов всех остальных карьеров — с продольной системой вертикальных трещин.

С целью достижения наибольшей объективности получен­ных результатов были, проведены дополнительные исследования еще по одному месторождению габбро (65 опытов), по двум место­рождениям лабрадорита (108 опытов) и по семи месторождениям гранита (384). Эксперименты проведены аналогично вышеописан­ным.

Для оценки удельных скоростей пропилов были определены их отношения, где в качестве эталона (100%) принимали скорости проведения пропилов по направлениям, совпадающим с плос­костями вертикальных продольных трещин массивов. Анализ экс­периментальных данных позволил сделать следующие выводы.

Для габбро максимальная удельная скорость (в дальнейшем

— скорость) наблюдается при распиливании пород по плоскостям, совпадающим с плоскостями первично-пластовых трещин массива. Разность между этой скоростью (горизонтальные пропилы) и ско­ростями при проведении пропилов по плоскостям, согласующимся с системой вертикальных продольных и вертикальных поперечных пропилов (соответственно продольные и поперечные пропилы), составляет в среднем 50 и 25 %. Эта закономерность подтверждает­ся ориентировкой наиболее слабых зерен темноцветных минералов биотита в горизонтальной плоскости.

Для лабрадорита наибольшие скорости пиления наблюда­ются при проведении продольных и горизонтальных пропилов, причем при распиловании образцов слободского лабрадорита наи­большая скорость зафиксирована у горизонтальных резов, что свя­зано с ориентировкой кристаллов плагиоклаза в этой плоскости.

Для гранитов во всех опытах скорость продольных пропи­лов больше или по значимости равна скорости горизонтальных пропилов. Скорость поперечных пропилов меньше, чем продоль­ных. В гранитах Янцевского, Токовского, Ак-Тюбинского место­рождений разность между скоростью продольных пропилов и ско­ростями горизонтальных и поперечных пропилов составляет соот­ветственно 22,7 и 44,4 %; 8,1 и 19,0 %, что связано с расслаиванием биотита и микроклина в плоскостях вертикальных продольных и первично-пластовых систем трещин массива.

В гранитах Коростышевского, Дедковичского и Капустин — ского месторождений указанное выше соотношение составляет 4,3 и 27,5 %; 18,9 и 34,5 %; 20,3 и 29,8 %; наибольшая скорость рас­пила объясняется развитием в них интенсивного двойникования микроклина.

В граните Емельяновского месторождения наибольшая ско­рость пиления наблюдается при продольных пропилах, что связано с аналогичной ориентировкой зерен кварца. В гранитах Корнин — ского и Кудашевского месторождений нет большого различия между скоростями продольных и горизонтальных пропилов, одна­ко скорости поперечных пропилов по отношению к продольным ниже соответственно на 13,6 и 15,2 %. В гранитах Жежелевского месторождения максимальная скорость распила образцов наблю­дается в продольных пропилах.

Таким образом, для гранитов наименьшая трудоемкость распиливания наблюдается при проведении резов по плоскостям, совпадающим с направлением простирания и углами падения про­дольных трещин массива. Для лабрадоритов трудоемкость распи­ла блоков минимальна при ориентации плоскости распила по плоскостям продольных и первично-пластовых трещин. В габбро такая закономерность подтверждается только для распила пород в плоскости первично-пластовых трещин.

Результаты экспериментальных исследований были получе­ны в условиях, отличающихся от промышленных. Это отличие заключалось в том, что на камнеобрабатывающих заводах распи­ливание блоков высокопрочных пород может осуществляться не только алмазными отрезными кругами, как это было в проведен­ных экспериментах, но и штрипсовыми станками с абразивом.

Учитывая большую трудоемкость промышленной проверки полученных результатов, она была осуществлена только для гра­нитов Капустинского карьера, одного из самых крупных постав­щиков блочного камня.

Опытно-промышленная проверка заключалась в распили­вании на штрипсовых станках Капустинского карьероуправления 23 блоков, стороны (боковые грани) которых совпадали с плос­костями развитых в массиве вертикальных продольных трещин. Из отобранных блоков — 14 были распилены параллельно продольной системе трещин, 9 — перпендикулярно ей, поскольку продольные и поперечные трещины массива образуют между собой угол, равный 90°. При распиливании были измерены параметры блоков 1, Ь, И и зафиксировано время полного распила блоков.

Из действующих забоев было отобрано 9 проб, из которых изготовили образцы по описанной ранее методике: на них проведе­но 17 пар резов в тех же направлениях, что и для блоков. Результа­ты распиливания образцов подтвердили данные, полученные экс­периментальным путем.

Основной результат опытно-промышленной проверки за­ключается в подтверждении положения о том, что и в производ­ственных условиях для гранитов скорость распиливания блоков по направлению, совпадающему с плоскостями продольных трещин, выше, чем при распиливании блоков по направлению плоскостей поперечных трещин. Это подтверждает правильность теоретиче­ских положений и экспериментальных работ по обоснованию наи­более облегченного направления распила блоков облицовочного камня высокой прочности.

Полученные данные позволяют ориентировать забои (плоскости откола блоков) относительно плоскостей структурного ослабления монолита при его разделке на блоки по условию мини­мальной трудоемкости распила на плиты.

Кроме данного условия, однако, существует еще условие обеспечения наилучшей декоративности плит. Если они не совпа­дут и второе условие превалирует над первым, то направление рас­пила будет не совпадать с указанными плоскостями, трудоемкость пиления возрастет, соответственно возрастут и материальные за­траты. Выявленные закономерности позволяют количественно оценить эти затраты, возросшую себестоимость товарной продук­ции и на этой основе — обосновать ее рыночную цену.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *