Обґрунтування методики геометризації габроїдних порід на основі визначення та оцінки показників структури та декоративності

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

обґрунтування методики геометризації габроїдних порід на основі визначення та оцінки показників структури та декоративності

Спеціальність 05.15.01 - Маркшейдерія

КРИВОРУЧКО АНДРІЙ ОЛЕКСІЙОВИЧ

Дніпропетровськ - 2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі геотехнологій гірничо-екологічного факультету в Житомирському державному технологічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:	доктор технічних наук, професор Бакка Микола Терентійович, завідуючий кафедрою геотехнологій гірничо-екологічного факультету Житомирського державного технологічного університету Міністерства освіти і науки України
Офіційні опоненти:	доктор технічних наук, професор Зеленський Олександр Семенович, завідуючий кафедрою інформаційних технологій Криворізького економічного інституту Київського національного економічного університету Міністерства освіти і науки України
	доктор технічних наук, доцент Назаренко Валентин Олексійович, професор кафедри маркшейдерії Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ)
Провідна установа:	Криворізький технічний університет Міністерства освіти і науки України, кафедра маркшейдерії

Захист дисертації відбудеться “_06_” __квітня__ 2006 р. о _14_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.04 Національного гірничого університету за адресою: 49027, Україна, м. Дніпропетровськ, пр. К. Маркса, 19, т. 47-24-11

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного гірничого університету (49027,Україна, м. Дніпропетровськ, пр. К. Маркса, 19)

Автореферат розісланий “_01_” _березня_ 2006р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Солодянкін О.В.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Природний камінь - цінний декоративно-облицювальний і оздоблювальний матеріал. Нині в Україні нараховується близько трьохсот родовищ та проявів декоративного каменю, з яких розроблюється майже півтори сотні, загальний річний видобуток блоків на яких становить 150-160 тис. м³. В Україні працює близько 800 каменеобробних підприємств різної потужності та різних форм власності, які щорічно випускають приблизно 2,5 млн. м² продукції з декоративного каменю. Маючи близько 4 % світових запасів декоративного каменю, Україна виготовляє лише 0,5 % кам'яної продукції від світового рівня. Імпорт кам'яної продукції в Україну значно перевищує її експорт. Вітчизняна каменеобробна галузь за своїми темпами розвитку випереджає темпи зростання каменедобувної, а відповідно відчуває значний дефіцит у блоках каменю. Виникненню такої ситуації спричинив вплив таких чинників: недостатня вивченість структур покладів декоративного каменю; відсутність ефективних методик геометризації покладів декоративного каменю для формування раціональних технологічних комплексів видобування блоків; недостатні обґрунтування технологічних рішень і параметрів та їх неузгодженість з структурами покладів. Класичні ж методи не дають можливість одержати необхідну інформацію про якісні характеристики масиву.

Висока ж конкуренція на сучасному світовому ринку природного каменю диктує необхідність зниження собівартості видобутих блоків каменю та підвищення їх якості. Цього можна досягти, перш за все, за рахунок всебічного вивчення структурних і декоративних особливостей масиву природного каменю та його геометризації шляхом використання інформаційно-комп'ютерних технологій та впровадження на цій основі ефективних технологій каменедобування з використанням високотехнологічного обладнання. Таким чином обґрунтування методики геометризації масивів природного каменю для вдосконалення процесу видобування є актуальною науково-практичною задачею.

Науковою задачею роботи є встановлення закономірностей щодо визначення та оцінки показників структури та декоративності із застосуванням сучасних комп'ютерно-інформаційних технологій та ГІС.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась відповідно до плану держбюджетних робіт Міністерства освіти і науки України у рамках науково-дослідної теми “Вплив гірничопромислового комплексу на навколишнє середовище, теоретичне обґрунтування заходів по поліпшенню екологічної і техногенної безпеки та розробка і впровадження екологічно чистих технологій видобування і переробки сировини” 2002р., реєстраційний номер 0102U001343; пріоритетного напрямку розвитку науки і техніки України №4 „Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології” відповідно до постанови Верховної Ради України № 2705 від 16.10.1992 року з подальшими її доповненнями, у відповідності з координаційним планом Міністерства освіти і науки України № 39 за фундаментальним напрямком „Гірничі науки” в 1998-2000 рр.

Мета роботи. Розробка методики дослідження і визначення кількісних показників іризаціі, анізотропії, рудовключень та декоративності габроїдних порід, що дозволить застосувати методики геометризації для відображення їх у вигляді ізоліній.

Для досягнення мети роботи поставлені такі задачі:

- здійснити аналіз структурних елементів покладів із застосуванням ГІС технологій;

- визначити числові показники декоративності для здійснення процесу геометризації;

- розробити експрес-методики визначення візуальних ефектів, рудних та шкідливих включень у габроїдних породах на основі методів комп'ютерної обробки відеозображень;

- розробити експрес-метод визначення площини найкращого розколювання для габроїдних порід;

- розробити методику геометризації якісних показників для покладів блочного каменю із застосуванням ГІС технологій та поділу кар'єрного поля на технологічні зони;

- визначити раціональні напрямки розвитку фронту видобувних робіт.

Ідея роботи полягає у використанні цифрових зображень окремих видобувних вибоїв, зразків габроїдних декоративних порід і сучасних інформаційно-комп'ютерних технологій для визначення і відображення кількісних параметрів якісних характеристик.

Об'єкт дослідження - поклади декоративних габроїдних порід.

Предмет досліджень - показники тріщинуватості, іризації, анізотропії, рудовключень і декоративності габроїдних порід Коростенського плутону та їх геометризація. рудовключення порода видобувний

Методи досліджень: поставлені у дисертаційній роботі задачі досягнуті шляхом застосування методів комплексного аналізу та узагальнення науково-технічних досягнень у галузі геометризації родовищ природного каменю; математичного апарату теорії планування дослідів; методів та засобів теорії ймовірності та прикладної статистики; статистичного опрацювання результатів із використанням засобів обчислювальної техніки; лабораторних досліджень; економічного аналізу; гірничо-геометричного аналізу та методів комп'ютерної обробки відеозображень.

Наукові положення, що виносяться на захист:

1. Центральним купольним частинам родовищ габроїдних порід притаманні крупнозернисті різновиди з вмістом рудних елементів 2-3 %, що передумовлює їх використання в якості сировини для декоративних цілей, а периферійним зонам - дрібнозернисті відміни з вмістом рудних елементів більше 3 %, що передумовлює їх використання в якості рудної сировини.

2. Анізотропність габроїдів апроксимується еліпсом, велика вісь якого співпадає з напрямком спайності плагіоклазу і піроксену, що дозволяє визначати раціональну орієнтацію, розміщення і посування фронту видобувних робіт, збільшити продуктивність технологічного комплексу на 10-20 % та зменшити технологічні втрати природного каменю при видобуванні на 5-10 %.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

· вперше доведена можливість одержання кількісних параметрів якісних характеристик для родовищ декоративно-облицювальних порід на основі комп'ютерних технологій обробки відеозображень поверхні каменю;

· доведено, що декоративність габроїдних порід максимально проявляється в горизонтальній площині;

· вперше встановлено, що вміст рудних елементів залежить від структурно-текстурних особливостей породи та просторового розміщення, так центральним купольним частинам родовищ габроїдних порід притаманні крупнозернисті різновиди з вмістом рудних елементів 2-3 %, а периферійним зонам - дрібнозернисті відміни з вмістом рудних елементів більше 3 %

· вперше розроблена нова методика аналізу і характеристики декоративності на основі комп'ютерних технологій обробки відеозображень поверхні каменю.

Наукове значення роботи полягає у теоретичному обґрунтуванні методики визначення кількісних показників декоративності, іризації, рудних включень, тріщинуватості та блочності габроїдних порід для їх геометризації.

Практичне значення отриманих результатів роботи:

· вперше розроблений експрес-метод визначення рудних включень та анізотропності габроїдних декоративно-облицювальних порід на основі комп'ютерних технологій обробки відеозображень поверхні каменю;

· розроблені методики складання електронних додатків до геологічних та маркшейдерських звітів і паспортів для родовищ декоративно-облицювальних порід;

· удосконалена методика геометризації декоративності, тріщинуватості, блочності та складання на цій основі гірничо-геометричних графіків, що служать основою для поділу кар'єрного поля на технологічні зони.

Впровадження результатів досліджень. Практичні результати досліджень реалізовані в технологічних процесах СП „Іскор” (м. Коростишів, Житомирська обл.) та НВП „Бологівщина” (м. Хмельницький) з сумарним очікуваним економічним ефектом 45,4 тис. грн. Теоретичні висновки досліджень реалізовані в навчальному процесі Житомирським державним технологічним університетом та Кам'янець-Подільським індустріальним технікумом.

Особистий внесок здобувача. Автором самостійно сформульовані мета і задачі досліджень, ідея роботи, наукові положення, висновки та рекомендації, виконана постановка розрахункових та лабораторних експериментів; проведена дослідно-промислова перевірка результатів дисертаційної роботи. Зміст дисертації викладений автором самостійно.

Апробація результатів роботи. Основні положення дисертаційної роботи та окремі її результати обговорювались на науково-технічних конференціях та семінарах, а саме: на молодіжній науковій конференції “Навколишнє середовище - XXI” (м. Дніпропетровськ, 2002 р.), міжнародній науково-технічній конференції “Геоінформатика, геодезія, маркшейдерія” (м. Донецьк, 2003 р.), міжнародній науково-практичній конференції „Видобування, обробка та застосування природного каменю” (м. Магнітогорськ, Росія, 2004, 2005 р.), III міжнародній конференції “Геоінформатика: теоретичні та прикладні аспекти” (м. Київ, 2004, 2005 р.), міжнародній науково-технічній конференції “Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості” (м. Кривий Ріг, Україна, 2004, 2005 р.), IІ міжвузівській конференції студентів, аспірантів та молодих учених “сучасні проблеми екології” (м. Житомир, Україна, 2005 р.), міжнародній науково-практичній конференції “новітні досягнення геодезії, геоінформатики та землевпорядкування - європейський досвід” (м. Чернігів, Україна, 2005 р.).

Публікації. За результатами виконаних дисертаційних досліджень здобувачем опубліковано 11 наукових праць, у тому числі - 6 у фахових спеціалізованих виданнях, затверджених ВАК України, 5 - у збірках матеріалів конференцій.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота викладена на 147 сторінках машинописного тексту, складається із вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 121 найменувань, 9 додатків на 50 сторінках, містить 51 рисунок, 10 таблиць. Загальний обсяг роботи становить 233 сторінки.



ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації і необхідність проведення досліджень, сформульовані мета, ідея і задачі досліджень, визначена наукова новизна та практичне значення одержаних результатів, наведені наукові положення, що виносяться на захист, а також дані щодо апробацій і публікацій.

У першому розділі проаналізований стан мінерально-сировинної бази, обсяги видобування, експортний потенціал габроїдних порід Коростенського плутону та стан у каменевидобувній і каменеобробній галузях промисловості України, представлена методика досліджень, а також наведена характеристика основних різновидів габроїдних порід Коростенського плутону.

Аналіз літературних джерел дозволив зробити висновок, що природний декоративно-облицювальний камінь - надзвичайно цінна сировина для виготовлення облицювальних плит, архітектурно-будівельних виробів, кам'яних товарів народного вжитку, дорожньо-будівельних виробів, технічної кам'яної і ритуальної продукції.

Цінними високоміцними декоративними каменями є габро, лабрадорит та інші перехідні різновиди габроїдних порід. Родовища габроїдних порід розташовані переважно в межах Українського кристалічного щита, а найбільше вони поширені в Житомирській та Рівненській областях. Розвідані родовища характеризуються кольоровою гамою та декоративними властивостями, які не гірші за кращі зарубіжні аналоги, мають значні запаси та сприятливі гірничо-геологічні умови і з успіхом використовуються як цінний будівельний та облицювально-декоративний матеріал.

Незважаючи на великий ресурсний потенціал в Україні, у даний час каменеобробна і каменедобувна галузі не забезпечують суттєвого внеску в економіку. Вихід блоків залишається низьким, показники декоративності не завжди враховуються при видобуванні. Кар'єрам з видобування блоків габро характерні: недостатня вивченість структур покладів декоративного каменю; відсутність ефективних методик геометризації покладів декоративного каменю для формування раціональних технологічних комплексів видобування блоків; недостатні обґрунтування технологічних рішень та параметрів і їх неузгодженість зі структурами покладів. Особливо гостро стоять дані проблеми перед переважною більшістю малих кар'єрів з річним обсягом видобування блоків 2-3 тис. м³.

Вирішенню вищеназваних проблем, характеристиці структурних і якісних параметрів масивів, маркшейдерському забезпеченню кар'єрів, геометризації та розробці технологій видобування для родовищ декоративно-облицювального каменю та інших корисних копалин присвячені роботи: М. М. Анощенка, Л. І. Барона, Р. Болк, М. Т. Бакка, Б. П. Бєлікова, В. О. Букринського, О. С. Зеленського, О. І. Косолапова, Ю. Г. Карасьова, М. І. Моторного, О. А Музирова, П. Т. Нацика, В.О. Назаренка, С. І. Подойнікова і багато інших учених. Їх роботи слугують основою для подальших досліджень і удосконалення технології видобування природного каменю.

На основі аналізу наукової літератури та теоретичних узагальнень була визначена мета та основна ідея дослідження, сформульована задача і розроблена загальна методика досліджень, обґрунтовані напрями та методи дослідження тріщинуватості, блочності та декоративності, застосування методів цифрової обробки зображення каменю та ГІС, які б забезпечили отримання нових наукових результатів, розробку експрес-методик визначення необхідних показників, досягнення мети та поставлених у дисертаційній роботі задач.

У другому розділі проведено дослідження особливостей геологічної будови Коростенського плутону та родовищ габроїдних порід, що займають приблизно четвертину його площі, охарактеризовано методи вивчення тріщинуватості та обґрунтовано методику геометризації структурних і якісних показників для родовищ та масивів природного каменю.

Коростенський плутон - складний, багатофазний, постскладчастий, субплатформенний, ізометричний інтрузив середньо-протерозойського віку. Також це одна з найбільших на Українському щиті геохімічних аномалій. При слабо вираженій зональній будові габро-анортозитові масиви плутону складені загалом слабо-диференційованим комплексом габроїдних порід. Середні частини масивів та купольні складені переважно крупнозернистими різновидами, а крайові - більш дрібнозернистими. Крупнозернисті різновиди займають у масивах великі площі, а дрібнозернисті - залягають у вигляді відносно вузьких і до того ж перервних смуг уздовж контактів масивів з гранітами плутону. Диференціація масивів габроїдних порід утворилася внаслідок кристалізації магми. Диференціацію можна спостерігати як за площею масиву габроїдних порід, так і за глибиною за розрізом.

Співставлення усіх даних дозволяє розділити найбільш розповсюджені зони порушень на 3 групи за часом утворення в геологічній структурі району:

1. Пн. З: субмеридіальні (азимут простягання 300-360-10°);

2. Пн. С: субширотні (азимут простягання 260-310°);

3. Субширотні до Пн. З (азимут простягання 260-310°), які відзначаються найбільш часто і вважаються найбільш молодими.

Протоструктурні елементи масивів (паралельно-лінійні і первинно-смугасті текстури, тіла лабрадоритів та габро-норитів та ін.) орієнтовані згідно із загальним напрямом головних структурних елементів плутону. При цьому глибинні розломи зумовлюють крупноблокову будову з наступною трансформацією окремих його частин у кільцеві структури. Цікаво, що в деяких свердловинах напрям тріщин співпадає з первинним субгоризонтальним орієнтуванням мінералів в основних породах.

Дослідження родовищ габроїдних декоративних порід показало, що вони характеризуються такими закономірностями: тіло корисної копалини на родовищах, які досліджувались, має складну будову і складається з двох, трьох та більше різновидів кристалічних порід з різним переходом від одного різновиду до іншого; розташування всіх тріщин, за винятком діагональних, підпорядковане закономірностям, які властиві магматичним породам; габроїдам характерна анізотропність їх будови та неоднорідність структури мережі тріщин; у більшості випадків переважаючий напрямок тріщинуватості збігається з напрямками систем тектонічних порушень, які були активними в різний час (рис.1); покладам властива куполоподібна будова.

Аналіз та теоретичні узагальнення методів, які використовують для вивчення тріщинуватості та блочності, свідчать, що найбільш ефективними для кар'єрів габроїдів є статистичні та гірничо-геометричні методи, а застосування комп'ютера та відповідного програмного забезпечення ліквідовує недоліки трудомісткості обробки результатів.

За допомогою ГІС технологій можна забезпечити інтеграцію даних, які використовують в усіх підрозділах і службах підприємства та роботу з цими даними в просторовому аспекті. За допомогою потужних засобів візуалізації є можливість звертатися до записів, наявних баз даних і відобразити ці об'єкти на карті. Дослідження даних з просторової точки зору дозволяє виявити взаємозв'язки між різноманітними процесами, що здійснюють вплив на процес видобування блоків, і тим самим прийняти оптимальні рішення та втілити їх швидше і ефективніше.

На основі проведеного аналізу визначено, що для отримання інформації про основні характеристики масиву природного каменю недостатньо використовувати традиційні методи, а доцільно впроваджувати цифрові технології.

У третьому розділі здійснений аналіз та доведена можливість використання сучасних інформаційно-комп'ютерних технологій для визначення кількісних параметрів основних якісних характеристик габроїдних порід.

Можливість отримання кількісних параметрів про колір і геометричні характеристики кристалів габроїдних порід ґрунтується на успіхах обчислювальної (комп'ютерної) техніки та апаратури введення/виведення даних, які дозволяють отримувати кольорові зображення поверхні зразка та видобувного вибою і ввести їх в обчислювальне середовище у вигляді цифрових відеозображень. У даний час використання комп'ютерно-інформаційних технологій - це вже необхідний інструмент обробки геологічних, гірничо-технологічних і маркшейдерських даних, а застосування комп'ютерно-інформаційних технологій обробки відеозображень дає можливість одержати додаткову інформацію про кількісні параметри, що характеризують зовнішній вигляд поверхні природного каменю. Насамперед це стосується визначення розбіжностей показників кольору на різних ділянках природного каменю, умов їх виникнення, а також форми, геометричних розмірів та взаємного розташування різних структурних елементів, з яких складається гірська порода.

Колориметричні вимірювання за допомогою інформаційно-комп'ютерних технологій включають визначення в одній із стандартних колориметричних систем показників кольору для окремих дискретних точок цифрового відеозображення, для структурних елементів поверхні об'єкта або для певних зон, виділених на поверхні об'єкта (рис.2). Застосування координатних систем дозволяє встановлювати різницю між кольорами. Наприклад, якщо Х, Y, Z - різниця між кольоровими кординатами кольорів Ц1 та Ц2, то відстань між ними на хроматичній діаграмі буде:

Колориметричні вимірювання також можуть бути складовою частиною геометричних вимірювань. Геометричні вимірювання структурних елементів поверхні здійснюються на основі визначення для дискретних точок відеозображення розбіжностей за яскравістю (для ахроматичних поверхонь гірських порід) або розбіжностей по кольору (для хроматичних поверхонь гірських порід). Ці виміри включають визначення поперечних розмірів, периметру, площі, показників форми, орієнтації в просторі і взаємного розташування для структурних елементів поверхні.

Проведення вимірювань та обробка результатів базуються на таких принципах:

1. Використання стандартних апаратних засобів формування і обробки цифрових відеозображень. Ці засоби є досить досконалими і складними технічними системами, що задовольняють основні вимоги задач, які розглядаються.

2. Використання алгоритмічної обробки вимірювальної відеоінформації і забезпечення на цій основі потрібних характеристик засобів вимірювань.

3. Пошук і вибір потрібних параметрів алгоритмів цифрової обробки відеозображень, виходячи з особливостей задачі дослідження зразків гірських порід.

4. Застосування стиснення відеозображень, без якого неможлива реєстрація та введення в комп'ютер великого обсягу відеоінформації.

5. Введення інформації в ГІС.

6. Просторовий аналіз одержаної інформації з метою геометризації та одержання різноманітних параметрів для удосконалення видобувних робіт.

На основі аналізу отриманих числових значень показників кольору та геометричних характеристик структурних елементів поверхні зразків, можна зробити висновки відносно структурних особливостей, генезису габроїдної породи та створити підґрунтя для геометричного аналізу показників декоративності (для нерудного габро) та просторового розподілу верств, збагачених на рудні мінерали. Вищеназвані характеристики змінюються за площею і за розрізом як у зразку, так і в масиві, що і дає підстави виділення різновидів габроїдних порід у розшарованих тілах.

Однією з переваг запропонованої методики є висока роздільна здатність одержаних зображень. Це дозволяє виявляти найдрібніші особливості структури і текстури гірських порід, розподіл і характеристики іризації, вторинні зміни і тому подібне. Це дає можливість одержувати початкову інформацію для подальших досліджень у різних галузях гірничо-геологічних наук. При цьому одержані цифрові значення можна запам'ятовувати на різноманітних носіях, оброблювати на комп'ютері і зберігати без втрат практично необмежений час. А при наявності відповідних засобів корекції помилок, будь-яка копія даних буде точним відтворенням оригіналу.

У четвертому розділі наведені методика та результати гірничо-геометричного поділу покладів габроїдних декоративних порід на технологічні зони з метою визначення раціональних параметрів розробки з урахуванням декоративності, вмісту рудних елементів та анізотропії масивів.

До гірських порід, які видобувають на облицювальний камінь, пред'являють наступні вимоги: вони повинні володіти високими декоративними властивостями, достатньою міцністю, низькою радіоактивністю, високою морозостійкістю і довговічністю, мати відповідну блочність, яка залежить від тріщинуватості. У камені повинні бути відсутні шкідливі домішки та включення. Отже, динаміка даних показників і лежить в основі геометричного аналізу товщі покладу облицювального каменю.

На даний час все ще залишається актуальною задача визначення площини найкращого розколювання для родовищ облицювального каменю та габроїдних порід зокрема. Теоретичних та експериментальних досліджень механізму визначення анізотропності на данай час існує незначна кількість, які до того ж недосконалі і трудомісткі.

Класичні методи дослідження анізотропії із застосуванням лабораторного мікроскопу мають низку недоліків, пов'язаних з використанням ручної праці при вимірюваннях і обробці їх результатів. Програмно-апаратний комплекс для визначення анізотропії, створений на базі цифрового фотоапарату або сканеру, має меншу вартість, ніж на основі лабораторного мікроскопу та усуває недоліки класичного способу.

Геометричні характеристики кристалів, а особливо орієнтування їх вісей при апроксимації еліпсом, одержані за допомогою застосування комп'ютерних методів обробки відеозображення, дозволяють визначати площини найкращого розколювання природного каменю, а співвідношення між поперечними розмірами кристалів характеризують анізотропність породи. Інший метод визначення анізотропії - за допомогою аналізу відстані між центрами сусідніх зерен по різних напрямах.

Оптимальне орієнтування фронту видобувних робіт на кар'єрах природного облицювального каменю (рис. 6, 7) дозволяє:

- збільшити продуктивність технологічного комплексу на 10-20 %;

- досягти найменших нерівностей сколу поверхні блоку, зменшивши таким чином технологічні втрати природного каменю при видобуванні на 5-10 %;

- виключити необхідність подальшої механічної обробки блоків для надання їм правильної форми;

- зменшити трудомісткість процесу видобування блоків природного каменю;

- максимально зберегти декоративні властивості природного каменю;

- максимально зберегти іризацію лабрадоритових порід.

Технологічні втрати природного каменю за рахунок нерівностей сколу поверхні блоку залежать від співпадання орієнтування фронту видобувних робіт з напрямом анізотропії і визначають з співвідношення:

kа = -0,0003x2 + 0,0241x - 0,0513	(3)

У результаті використання запропонованої методики досліджень анізотропності механічних властивостей природного каменю визначено азимути найкращого розколювання для ряду порід Коростенського плутону (сліпчицький габро-норит - 109°8°; головинський лабрадорит - 107°10°; луговський габро-норит - 106°10°; кам'янобрідський лабрадорит - 103°10°; кам'янобрідський габро - 117°10°).

Однією з головних властивостей природного каменю, що надає йому унікальності та неповторності, є його декоративність.

При виконанні важливих замовлень та у процесі видобувних робіт виникає необхідність мати достовірну інформацію про основні характеристики конкретних ділянок родовища природного каменю. Це актуально при підборі сировини для промислових виробів з метою забезпечення відповідності кольору та структурно-текстурних характеристик поверхні цих виробів певним вимогам стандартів.

Це пов'язано з тим, що, по-перше, для родовищ природного каменю притаманні значні варіації декоративних властивостей у межах родовища, які важко оцінити традиційними методами, по-друге, те, що більшість пам'яток архітектури споруджували декілька століть тому, а тому переважна більшість кар'єрів або припинила своє існування, або почала розробляти нові горизонти та ділянки.

Однак, слід також зазначити, що помилки у виборі природного каменю можуть призвести і до появи дефектів навіть на деталях з міцних порід, виготовлених з гранітів або габроїдів. Так, іржаві плями на поверхні габроїдних порід можуть виникнути в результаті різних причин, головна з яких - використання порід з великим вмістом рудних мінералів.

Усуненню даного недоліку допоможуть діаграми, що характеризують декоративність (рис. 2 - 4).

Зміна параметрів структури масиву (рис. 9) призводить до зміни показників виходу блоків, параметрів елементів системи розробки, складу і структури комплексу обладнання. Тому поділ кар'єрного поля на технологічні зони (рис. 8), яким притаманні сталі властивості, дозволить для кожної виділеної зони визначити параметри елементів системи розробки.

Визначають блочність кожної ділянки масиву, та для кожного способу визначаємо коефіцієнт виходу товарних блоків:

	(4)

де В_бі - блочність при і-тому способі видобування;

В_ті - блочність і-тої ділянки;

k_зі - коефіцієнт, що враховує технологічні втрати при використанні і-го технологічного комплексу.

При цьому блочність і-тої ділянки розглядається, як:

де V_пр - об'єм природного блоку, м³;

V_шт - об'єм штучного блоку, м³;

к_заг- загальний коефіцієнт, що враховує вплив усіх факторів на поширення тріщинуватості в межах ділянки масиву.

Природну тріщинуватість характеризують графіками рис. 1, 9 або аналітичними залежностями типу:

- для Сліпчицького родовища (гор. +85)

	(6)

де d - відстань між постільними тріщинами;

x, y - координати родовища.

Фронт робіт орієнтують паралельно або ортогонально найрозвиненішій системі тріщин, так як при цьому можна одержати максимальний вихід блоків. Об'єднання структурно-однорідних ділянок у зони здійснюють за значенням виходу прямокутних блоків. Для цього складають погоризонтні плани тріщинуватості та блочності в ізолініях. Крім цього, встановлюють декоративність ділянок родовища та виділяють високодекоративні і збагачені на рудні елементи осередки.

Поділ кар'єрного поля на технологічні зони (рис. 8) дозволяє завершити проектування режиму гірничих робіт у кар'єрі та дає можливість для кожної виділеної зони визначити параметри елементів системи розробки (напрям виймання шарів корисної копалини (рис. 7) та структуру комплексів обладнання), які забезпечують можливість виймання блоків з природного каменю з мінімальними втратами та собівартістю.

У п'ятому розділі досліджено підвищення економічної і екологічної ефективності видобування блоків на кар'єрах декоративного каменю Житомирської області при впровадженні результатів досліджень.

ВИСНОВОК

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою в якій на основі вперше встановлених закономірностей щодо визначення та оцінки показників структури та декоративності із застосуванням сучасних комп'ютерно-інформаційних технологій та ГІС вирішена актуальна науково-практична задача обґрунтування методики геометризації габроїдних покладів декоративного каменю, що дає змогу районувати родовища на технологічні зони, підвищувати вихід блоків та їх якість при видобуванні декоративних габроїдів.

Виконані дослідження дали змогу отримати наступні наукові висновки та рекомендації:

1. Вперше розроблені методики експрес-визначення рудних включень та анізотропії природного каменю, а також удосконалена методика оцінки декоративності та геометризації покладів декоративного каменю.

2. Установлено, що основою застосування інформаційно-комп'ютерних технологій є вимірювання колориметричних та геометричних характеристик поверхні зразків гірських порід та промислових виробів з природного каменю. Такі вимірювання виконуються шляхом формування і цифрової обробки відеозображень поверхні вибоїв, орієнтованих зразків та виробів. Результати колориметричних та геометричних вимірювань на відеозображеннях використовуються для вирішення наукових і виробничих задач у каменедобувній галузі.

3. Вперше в результаті проведених досліджень доведена можливість отримання кількісних показників, які характеризують зовнішній вигляд каменю та визначають його декоративні властивості за рахунок наявності осередків іризації, і на основі отриманих даних розроблено методику визначення кількісних показників кольору, структури, іризації та різноманітних включень.

4. Розроблені експрес-методики визначення анізотропії кристалічних порід на основі використання інформаційно-комп'ютерних технологій обробки відеозображень, що дозволяє визначати раціональну орієнтацію, розміщення і посування фронту видобувних робіт, збільшити продуктивність технологічного комплексу на 10-20 % та зменшити технологічні втрати природного каменю при видобуванні на 5-10 %.

5. Доведено, що поділ кар'єрного поля на технологічні зони дозволяє завершити проектування режиму гірничих робіт у кар'єрі та дає можливість для кожної виділеної зони визначити параметри елементів системи розробки (напрям виймання шарів корисної копалини, структуру комплексів обладнання), які забезпечують можливість виймання блоків з природного каменю з мінімальними втратами та собівартістю.

6. Запропонована нова методика дослідження гірських порід, яка дає можливість одержувати великий обсяг інформації про властивості природного декоративного каменю, який дуже складно і трудомістко зібрати за допомогою існуючих методів досліджень. Тому виникає можливість виконання геометризації сукупності різних показників для родовищ природного каменю. Таким чином, стає можливим створення різних електронних геологічних і гірничо-геометричних звітів, планів, додатків і карт. Отримані результати можуть бути використані для класифікації зразків природного каменю, визначення їх генезису та геологічних характеристик, створення комп'ютерного банку даних облицювальних каменів родовищ України.

7. Встановлено, що використання програмних засобів та ГІС технологій дозволяє вирішувати такі завдання геометризації та паспортизації родовищ облицювального каменю, як: вивчення структурних елементів родовища (тріщинуватості та дослідження в подальшому блочності родовища); характеризувати динаміку іризації, рудовключень та декоративних характеристик облицювального каменю; а також дозволяє розробляти різноманітні електронні додатки.

8. Розроблена методика одержання електронних додатків, що включають дані про структурні характеристики родовища, які отримані в результаті маркшейдерсько-геологічних досліджень, а також дані про декоративні властивості та вміст рудних включень у природному камені, які отримані шляхом цифрової обробки відеозображень окремих видобувних вибоїв і зразків природного каменю з родовища на основі вимірювань і аналізу колориметричних та геометричних характеристик структурних елементів поверхні цих зразків.

9. Використання результатів дослідження забезпечить сумарний економічний ефект на підприємствах СП “Іскор” та НВП “Бологівщина” в сумі 45,4 тис. грн.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Криворучко А. О. Вплив тріщинуватості та анізотропії каменю на технологію видобування // Вісник ЖІТІ. - 2002. - № 23. - С. 281-284.

2. Криворучко А. О. Особливості будови родовищ габроїдних порід Коростенського плутону // Вісник ЖІТІ. - 2003. - № 24. - С. 228-233.

3. Бакка М. Т., Ремезова О. О., Криворучко А. О., Купкін Є. С., Подчашинський Ю.О. Визначення показників кольору та геометричних характеристик текстури облицювального каменю // Сборник научных трудов Национального горного университета - Днепропетровск: РИК НГУ - 2004. - № 19. - Том 1. - С. 23-30.

4. Бакка М.Т., Криворучко А.О. Моделювання родовищ габроїдних порід та визначення основних критеріїв вибору оптимального технологічного комплексу для видобування блоків габроїдних порід // Вісник ЖДТУ. - 2004. - № І (28). - С. 154-161.

5. Криворучко А.О., Купкін Є.С., Подчашинський Ю.О., Ремезова О.О. Застосування інформаційно-комп'ютерних технологій обробки відеоінформації в гірничо-геологічній галузі // Вісник ЖДТУ. - 2005. - № 1 (32). - С. 133 - 142.

6. Бакка М. Т., Криворучко А. О., Купкін Є. С., Подчашинський Ю. О., Ремезова О.О. Визначення показників іризації декоративного каменю // Вісник Криворізького технічного університету. - Вип. 6. - Кривий Ріг. - 2005. - С. 133-137.

7. Бакка М. Т., Криворучко А. О. Структурні особливості масивів габроїдних порід Коростенського плутону // Збірник тез доповідей Міжнародної науково-технічної конференції “Геоінформатика, геодезія, маркшейдерія”. - Донецьк: ДонНТУ. -2003. - С. 122-123.

8. Бакка Н. Т., Криворучко А. А., Камских А. В. Структура массивов габброидных пород Коростенского плутона // Добыча, обработка и применение природного камня. - Магнитогорск. - 2004. - С. 5-13.

9. Купкин Е. С., Подчашинский Ю. А., Ремезова Е.А., Криворучко А. А. Изучение структуры природного камня с целью усовершенствования технологии его добычи // Добыча, обработка и применение природного камня. - Магнитогорск. - 2005. - С. 112-120.

10. Криворучко А.О., Купкін Е.С., Подчашинський Ю.О., Ремезова О.О. Застосування інформаційно-комп'ютерних технологій обробки відеозображень для створення електронних карт родовищ природного каменю // Збірник наукових праць міжнародної науково-практичної конференції “Новітні досягнення геодезії, геоінформатики та землевпорядкування - Європейський досвід”. Вип. 1. - Чернігів: Чернігівський державний інститут економіки і управління.- 2005. - С. 175 - 178.

11. Сидоров О.М., Криворучко А.О., Ремезова О.О. Анізотропія і тріщинуватість габроїдів Коростенського плутону. Сучасні методи їх аналізу // Збірка тез доповідей II міжвузівської конференції студентів, аспірантів та молодих учених. - Житомир: ЖДТУ - 2005. - С. 78-81.

Особистий внесок здобувача в роботах написаних у співавторстві: [3] - охарактеризовані текстури габроїдних порід та встановлена можливість їх математичного опису; [4] - сформована модель родовища габроїдних порід та визначені основні показники, що впливають на економічну доцільність розробки родовища; [5] - проаналізовані та визначені можливі області застосування інформаційно-комп'ютерних технологій обробки відеозображень у каменедобувній галузі; [6] - визначені особивості іризації, закономірності розподілу та сформульовано основну ідею; [7,8] - визначені основні структурні особливості габроїдних порід Коростенського плутону, їх основна характеристика та проаналізовані особливості будови; [9] - визначений вплив вмісту рудних включень на технологію видобування габроїдних порід, сформульовано основну ідею; [10] - окреслена можливість одержання цифрових додатків до геологічних та маркшейдерських звітів; [11] -визначений вплив анізотропії на технологію видобування.



АНОТАЦІЯ

Криворучко А.О. Обґрунтування методики геометризації габроїдних порід на основі визначення та оцінки показників структури та декоративності. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.01 - “Маркшейдерія”. - Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2006.

Дисертація присвячена питанням гірничо-геометричного аналізу покладів габроїдних декоративних порід з метою підвищення якості видобування блочної сировини. У результаті виконаних досліджень визначені характерні особливості будови габроїдних масивів Коростенського плутону, розроблені методики експрес-визначення рудних включень та анізотропії природного каменю, а також удосконалено методику оцінки декоративності та геометризації покладів декоративного каменю.

На основі теоретичних та експериментальних досліджень уперше доведена можливість отримання кількісних показників, які характеризують зовнішній вигляд каменю та визначають його декоративні властивості. Запропонована методика дає можливість одержувати великий обсяг інформації про властивості декоративного каменю, який дуже складно і трудомістко зібрати за допомогою існуючих методів. Отримані результати можуть бути використані для геометризації, створення різних електронних геологічних і гірничо-геометричних звітів, планів, додатків і карт.

Ключові слова: гірничо-геометричний аналіз, декоративний камінь, габроїдні породи, методи оцінки блочності, тріщинуватість масивів декоративного каменю, визначення декоративності.



АННОТАЦИЯ

Криворучко А.А. Обоснование методики геометризации габброидных пород на основе определения и оценки показателей структуры и декоративности. - Рукопись.

Диссертация на получение учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.15.01 - „Маркшейдерия”. - Национальный горный университет, Днепропетровск, 2006.

Диссертация посвящена вопросам горно-геометрического анализа залежей габброидных декоративных пород с целью повышения качества добычи блочного сырья. В результате проведенных исследований определены характерные особенности строения габброидных массивов Коростенского плутона, определены структурные особенности габброидных месторождений, разработаны методики экспресс-определения рудных включений и анизотропии природного камня. При этом усовершенствована методика оценки декоративности залежей декоративного камня с использованием компьютерно-информационных технологий обработки видеоизображений образцов природного камня и отдельных добычных забоев. Анализ структурных элементов залежей осуществлен с применением ГИС технологий.

В диссертации обоснована методика геометризации габброидных залежей декоративного камня на основе определения и оценки показателей структуры и декоративности с применением современных компьютерно-информационных технологий и ГИС, что дает возможность районировать месторождения на технологические зоны, повышать выход блоков и их качество при добыче декоративных габброидов.

На основе теоретических и экспериментальных исследований впервые доказана возможность получения количественных показателей, которые характеризуют внешний вид природного камня и определяют его декоративные свойства. Разработана методика определения количественных показателей цвета, структуры, иризации и разнообразных включений. Установлено, что использование информационно-компьюперных технологий основывается на измерении колориметрических и геометрических характеристик поверхности образцов горных пород, отдельных добычных забоев и изделий с природного камня. Эти измерения осуществляются путем формирования и цифровой обработки видеоизображений. Полученные результаты используют для решения научных и производственных задач.

Предложенная методика дает возможность получать большой объем информации о свойствах декоративного камня, который очень сложно и трудоемко собрать с помощью существующих методов. Полученные результаты могут быть использованы для геометризации качественных показателей месторождений декоративных габброидных и гранитоидных пород, создания разных электронных геологических и горно-геометрических отчетов, планов, приложений и карт, которые содержат разнообразные данные о свойствах массивов.

Результаты диссертационной работы позволяют уменьшить потери декоративного камня, обеспечив увеличение прибыли добывающих и перерабатывающих предприятий.

Ключевые слова: горно-геометрический анализ, декоративный камень, методы оценки блочности, трещиноватость массивов декоративного камня, определение декоративности.



ANNOTATION

Krivoruchko A.O. Substantiation of methods of gabbro beds geometrization on the basis of determination and evaluation of structure and ornamental property. -Manuscript.

Dissertation for obtaining the scientific degree of candidate of engineering sciences after speciality 05.15.01 is “Mine survey”. National mining university, Dnepropetrovsk, 2006.

Dissertation is devoted to the questions of mining and geometrical analysis of gabbro ornamental stone beds with the purpose to increase the rationality of black raw material utilization. The researches show the peculiarities of gabbro massif structure of Korosten plutonium. The methods of rapid analyses of ore nodules and natural stone anisotropy were worked out. The method of evaluation the geometry of ornamental stone beds is improved.

The basic theoretical and experimental researches proved for the first time the possibility to get quantitative indices that characterize stone appearance and its ornamental quality. The method for determination the quantitative parameters of qualitative characteristics is worked out. The method can be used to get information about ornamental stone properties, which are obtained difficulty using other known methods. Obtained results can be used for geometrization; for making different electronic geological, mining and geometrical reports, maps and enclosures, plans.

Keywords: mining and geometrical analysis, decorative stone, methods of block estimation, massiff cracking of ornamental stone.

Размещено на Allbest.ru