Розробка технології видобутку природного каменя як попутної сировини в діючих кар'єрах

Схеми навантаження моделей і їх геометричні розміри приведені на рис 9. При використанні такої моделі поставлене завдання можна вирішити методом навантажень, що послідовно знімаються, для чого спочатку визначалися напруження навколо склепіння камери при умові відсутності кріплення (рис. 8.а).

У результаті були одержані дотичні і нормальні до проектного контура нижньої частини камери напруження по лінії I-II-III. На наступному етапі розрахунків вважалося, що кріплення встановлено, а з ліній I-II і II-III відповідно знімалися напруження x , xz і z , zx , прикладені до контура з протилежним знаком (рис. 8.б). При цьому розподілене згідно з нелінійним законом навантаження замінювалося еквівалентними зусиллями, прикладеними у вузлах елементів.

Як свідчать досліди, негативний вплив виїмки порід нижнього шару на напружений стан кріплення склепіння можна усунути шляхом утворення перед його закріпленням розвантажуючої щілини в грунті центральної частини камери або двох, вздовж її стін. У цьому випадку, ще до виконання закріплення, породи релаксують і частково реалізовують свої зміщення, внаслідок чого після виїмки будуть надавати меншого впливу на саме кріплення.

Схеми навантаження моделей у припущенні утворення розвантажуючої щілини в грунті центральної частини камери показані на рис. 8.в, г. Порядок обчислень у цьому випадку аналогічний попередній моделі.

Аналіз епюр напружень показує, що, внаслідок виїмки порід нижнього шару, в кріпленні склепіння виникають великі розтягуючі напруження. Найбільших значень вони досягають в тій частині кріплення, де воно опирається на породу. У разі утворення розвантажуючої щілини в ґрунті центральної частини камери максимальні значення напружень знижуються більше, ніж у 3 рази.

Використання методу кінцевих елементів дозволяє не тільки оцінити напружений стан кріплення склепіння внаслідок розкриття перетину камери, але й обгрунтувати найбільш доцільний характер її розвитку.

Розроблена технологія розширює можливості комплексного освоєння кар'єрних полів шляхом використання підземних виробок.

Загалом перевірка і впровадження на діючих кар'єрах результатів проведених досліджень підтвердили їх достовірність і високу ефек-тивність. Реалізація наукових положень і практичних рекомендацій роботи дозволяє забезпечити залучення до продуктивної розробки масивів розкривних порід діючих кар'єрів з метою одержання з них природного каменя як попутної сировини, що значною мірою поліпшує економічні показники діяльності підприємств.

ВИСНОВКИ

У результаті досліджень, шляхом розв'язання кола важливих завдань, здійснено теоретичне узагальнення та рішення наукової проблеми - розроблення ефективної технології видобутку природного каменя як попутної сировини в умовах діючих кар'єрів, що сприяє комплексному освоєнню родовищ. Розв'язання цієї проблеми має велике народногосподарське і соціальне значення для України, оскільки без значних капітальних вкладень дозволяє поліпшити економічні показники гірничовидобувних підприємств, зберегти робочі місця, знизити екологічну агресивність гірничого виробництва.

Стан питання. Незважаючи на високу геологічну комплексність рудних родовищ України, на сьогоднішній день показники комплексності іх освоєння продовжують залишатися вкрай низькими. Практичне використання попутної сировини в рудних кар'єрах обмежується майже виключно переробкою скельних розкривних порід у щебінь, незважаючи на те, що серед цих порід багато які відповідають визначенню «природний камінь». Однією з головних причин такого стану є відсутність єдиного завершеного комплексу рекомендацій по здійсненню попутного видобутку цього виду сировини.

Для рішення даної наукової проблеми застосовано комплексний метод досліджень, який включає: аналітичні та експериментальні методи дослідження процесів деформування та руйнування гірських порід, економіко-статистичний аналіз застосування технологій у гранітних та рудних кар'єрах, методи економіко-математичної оптимізації, для обгрунтування параметрів технології попутного видобутку природного каменя, статистичні методи аналізу геологічної інформації з обробкою її на ЕОМ.

Обгрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується даними по 29 родовищах природного каменя, 10 залізорудних кар'єрах, 3 кар'єрах марганцевих руд, 3 кар'єрах вапняків і 4 щебневих кар'єрах; коректністю застосування сучасних методів аналітичних і графічних досліджень та техніко-економічного аналізу, достатньою збіжністю результатів теоретичних досліджень з результатами натурних реєстрацій і дослідно-екпериментальних випробувань, достатньою кількістю лабораторних і натурних експериментів, позитивними результатами дослідно-промислової перевірки і впровадження результатів роботи.

Основні наукові і практичні висновки полягають у тому, що:

1. За різновидами, запасами і різними властивостями такі породи скельного розкриття рудних кар'єрів як граніти, амфіболіти, мігматіти, пегматіти, гнейси і частково: кварцити, доломіти

і вапняки цілком відповідають вимогам, що пред'являються до природного каменя, у зв'язку з чим рудні родовища можуть використовуватися як альтернативна сировинна база для його видобутку.

2. При локалізації природного каменя в масивах високої монолітності, для забезпечення їх збереження, необхідне завчасне створення екрануючих щілин, ізолюючих ці масиви від впливу вибухових хвиль при здійсненні масових вибухів у кар'єрах.

3. Встановлено, що площини структурних ослаблень у мігматітах і амфіболітах співпадають з орієнтацією прихованої шаруватості породи і паралельні орієнтації зерен біотиту та кварцу. Відповідно до цього, параметри підготовки блоків до виїмки повинні проектуватись з урахуванням анізотропії властивостей породи і забезпечувати концентрації напружень у площинах розколу, що планується.

4. Встановлено, що в тріщинуватих мігматітових і амфіболітових породах можливе утворення хвилеводів, у зв'язку з чим розташування і порядок підривання зарядів на уступах повинні забезпечувати мінімальний вплив вибухових хвиль через дані хвилеводи на масив, що може досягатися або послідовним підриванням зарядів у напрямі, протилежному розташуванню виділеного масиву, зі зближенням свердловин у першому ряді і зменшенням мас зарядів у них або утворенням екрануючих щілин. Орієнтація і параметри елементів системи розробки при цьому повинні формуватися відповідно до орієнтації цих хвилеводів.

5. Попутний видобуток природного каменя може здійснюватися двома принципово відмінними технологіями:

- розпушенням масиву свердловинними зарядами з відбором блоків з «негабаритів" після відповідної їх дефектоскопії (в блокових породах з розкритими тріщинами);

- виколюванням блоків з масиву по заданих площинах (у масивах високої монолітності, що мають зцементовані системні макротріщини).

При цьому на вибір типу технології впливають як структурні характеристики масивів, так і особливості комплексу гірничого обладнання підприємства.

6. Відділення блоків природного каменя від масиву найбільш ефективне в субдинамічному режимі наростання напружень у породі, що на практиці здійснюється за допомогою піроклинового розколюючого пристрою.

7. Розроблено критерій ефективності підвищення рівня комлексності освоєння родовища, відповідно до якого планування розвитку гірничих робіт в кар'єрі при попутному видобутку в ньому природного каменя повинно здійснюватися не тільки по основній сировині, але на основі оптимізації обсягів видобутку всіх видів попутних копалин.

8. Встановлено, що оптимальним у технології попутного видобутку природного каменя є таке поєднання параметрів окремих виробничих процесів, за якого забезпечується мінімум відношення виходу некондиційних блоків до кондиційних аналогічних розмірів.

9. У кар'єрах, що мають комплекс підземних виробок, можливий видобуток блокової сировини в камерах великого перетину за умов закріплення їх склепіння, створення в ґрунті розвантажувальних щілин і обладнання виробок, які примикають до конвеєрних стовбурів, захисними пристроями, що гасять ударні повітряні хвилі.

10. Розроблено комплекс спеціального обладнання для операцій з великими блоками в забоях, а також навісних пристроїв, що адаптують кар'єрні бульдозери й екскаватори для маніпуляцій з «негабаритами».

11. Економічний ефект від впровадження результатів роботи в умовах діючих кар'єрів України становить 1630,544 тис. грн. і Молдавії - 620,400 тис. лей.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНІ У ТАКИХ РОБОТАХ АВТОРА

1. Бызов В.Ф., Жуков С.А., Цвелой В.П. О специфике современного состояния и перспективах комплексного освоения железорудных месторождений // Разработка рудных месторождений. Вып. 61. - Кривoй Рoг: Изд-во КТУ. -1997. - С. 15-19.

2. Карасев Ю.Г., Жуков С.А., Дъячук В.И. Сырьевая база карьеров облицовочного камня высокой прочности и перспективы ее развития // Строительные материалы. -М., 1993. - № 2. - С. 8-11.

3. Жуков С.А. Особенности технической эволюции черной металлургии и ее сырьевой базы // Разработка рудных месторождений. Вып. 58. - Кривoй Рoг: Изд-во КТУ. - 1996. - С. 19-24.

4. Жуков С.О. Геологiчнi та мiнералогiчнi особливостi Iнгулецького родовища з точки зору видобутку будiвельних матерiалiв // Відомостi Академiї гiрничих наук України. Вип. 2. - Кривий Ріг: Мінерал. - 1997. - С. 7-8.

5. Жуков С.А. О делении карьерного поля на структурно-технологические зоны при попутной добыче строительных горных пород // Разработка рудных месторождений. Вып. 59. - Кривoй Рoг: Изд-во КТУ. -1996. - С. 31-33.

6. Сахно О.Г., Жуков С.А. Исследование влияния поэтапной выемки пород при строительстве камер большого сечения на напряженное состояние крепи свода // Численные и аналитические исследования в подземном строительстве. - Апатиты: Изд-во Кольского научного центра АН СССР. - 1989. - С. 85-88.

7. Жуков С.А. Предохранение массивов природного камня от взрывных волн в железорудных карьерах // Разработка рудных месторождений. Вып. 60. - Кривoй Рoг: Изд-во КТУ. -1997. - С. 130-132.

8. Жуков С.О. Критерiї визначення придатностi розкривних порід залізорудних кар'ерів для видобутку природного каменю // Відомостi Академiї гiрничих наук України. Вип. 2. - Кривий Ріг: Мінерал. -1997. - С. 12-13.

9. Жуков С.А., Турило А.М. Обоснование критерия формирования технологии добычи природного камня // Разработка рудных месторождений. Вып. 63. - Кривoй Рoг: Изд-во КТУ. -1998. - С. 6-9.

10. Жуков С.А., Перегудов В.В. О расчете параметров упругих волн в кристаллических породах // Новое в технологии, технике и экономике переработки минерального сырья. Часть 2. - Кривой Рог: Изд-во ин-та Механобрчермет. - 1998. - С. 75-77.

11. Жуков С.О. Дослідження закономірностей відбійки блоків природного каменю зі збереженням його монолітності // Відомостi Академiї гiрничих наук України. Вип. 2. - Кривий Ріг: Мінерал. -1997. - С. 17-18.

12. Жуков С.А. Методика оценки блочности массива пород // Разработка рудных месторождений. Вып. 62. - Кривой Рог: Изд-во КТУ. - 1998. - С. 18-20.

13. Жуков С.А. Влияние минерального состава и структурних особенностей мигматитов и амфиболитов на их разрушение и обработку // Новое в технологии, технике и экономике переработки минерального сырья. Часть 1. - Кривой Рог: Изд-во ин-та Механобрчермет. - 1998. - С. 106-111.

14. Жуков С.А. Определение объектов, задач и методов исследований при рассмотрении вопроса попутной добычи природного камня // Разработка рудных месторождений. Вып. 63. - Кривoй Рoг: Изд-во КТУ. -1998. - С. 3-6.

15. Жуков С.О. Розрахунок деяких параметрів технології попутного видобутку природного каменя // Відомостi Академiї гiрничих наук України. Вип. 2. - Кривий Ріг: Мінерал. -1997. - С. 23-24.

16. Жуков С.А. Исследование и расчет параметров БВР при строчечном обуривании блоков природного камня // Разработка рудных месторождений. Вып. 61. - Кривoй Рoг: Изд-во КТУ. -1997. - С. 13-15.

17. Жуков С.А. Анализ эффективности применения различных типов ВВ для отбойки блоков природного камня // Разработка рудных месторождений. Вып. 61. - Кривoй Рoг: Изд-во КТУ. -1997. - С. 19-22.

18. Жуков С.А. Использование карьерного оборудования при попутной добыче природного камня // Проблемы горнодобывающей промышленности металлургического комплекса Украины. Cб. научн. тр. - Кривой Рог: Изд-во НИГРИ. - 1997. - С. 119-123.

19. Жуков С.А. Расчет рабочего процесса пироклинового раскалывающего устройства // Разработка рудных месторождений. Вып. 64. - Кривoй Рoг: Изд-во КТУ. -1998. - С. 45-55.

20. Жуков С.А. Инженерный расчет системы пироклина для откола блоков природного камня // Разработка рудных месторождений. Вып. 64. - Кривoй Рoг: Изд-во КТУ. -1998. - С. 55-59.

21. Жуков С.О. Дослідження впливу анізотропічних властивостей масиву порід на параметри технології видобутку природного каменю // Відомостi Академiї гiрничих наук України. Вип. 2. - Кривий Ріг: Мінерал. -1997. - С. 25-27.

22. Жуков С.А. Анализ возможности попутной добычи блочного сырья в карьерах с использованием подземных выработок ЦПТ // Разработка рудных месторождений. Вып. 64. - Кривoй Рoг: Изд-во КТУ. -1998. - С. 74-83.

23. Жуков С.А. Методика расчета параметров экранирующих щелей в железорудных карьерах // Проблемы горнодобывающей промышленности металлургического комплекса Украины. Сб. научн. тр. - Кривой Рог: Изд-во НИГРИ. - 1997. - С. 112-119.

24. Жуков С.А. Исследование влияния трещиноватости массива природного камня при его межскважинном прозвучивании // Проблемы горнодобывающей промышленности металлургического комплекса Украины. - Кривой Рог: Изд-во НИГРИ. - 1997. - С. 123-129.

25. Жуков С.О. Особливості комплексного освоєння рудних родовищ та перспективи альтернативної сировинної бази будівництва // Відомостi Академiї гiрничих наук України. Вип. 3. - Кривий Ріг: Мінерал. -1997. - С. 88-91.

26. Коверниченко Л.Н., Жуков С.А., Цвелой В.П. О совершенствовании процесса термического разрушения пород // Разработка рудных месторождений. Вып. 62. - Кривoй Рoг: Изд-во КТУ. -1998. - С. 24-28.

27. Жуков С.А., Карасев Ю.Г. Обоснование выбора направления развития горных работ при попутной добыче природного камня // Разработка рудных месторождений. Вып. 63. - Кривoй Рoг: Изд-во КТУ. -1998. - С. 13-16.

28. Жуков С.А., Темченко А.А. Зависимость качества минеральной продукции от технологии ее подготовки // Новое в технологии, технике и экономике переработки минерального сырья. Часть 1. - Кривой Рог: Изд-во ин-та Механобрчермет. - 1998. - С. 189-192.

29. Жуков С.А., Карасев Ю.Г. Оценка запасов природного камня в железорудных карьерах Украины // Разработка рудных месторождений. Вып. 63. - Кривoй Рoг: Изд-во КТУ. -1998.-С.9-13.

30. Бизов В.Ф., Коробко В.М. Жуков С.О. Швидкодіючі методи підрахунку запасів для перспективного планування та проектування гірничих робіт // Відомостi Академiї гiрничих наук України. Вип. 3. - Кривий Ріг: Мінерал. -1997. - С. 39-42.

31. Удалов В.Н., Жуков С.А., Федоренко С.А. Подготовка массивов природного камня в рудных карьерах // Разработка рудных месторождений. Вып. 64. - Кривoй Рoг: Изд-во КТУ. -1998. - С. 7-11.

32. Жуков С.А. Минералого-петрографическое обоснование видов вскрышных пород как блочного сырья // Разработка рудных месторождений. Вып. 62. - Кривoй Рoг: Изд-во КТУ. -1998. - С. 20-24.

33. Жуков С.А. Анализ физико-механических свойств вскрышных пород как потенциального сырья для получения блочной продукции // Новое в технологии, технике и экономике переработки минерального сырья. Часть 1. - Кривой Рог: Изд-во ин-та Механобрчермет. - 1998. - С. 180-184.

34. Жуков С.А. Результаты промышленных экспериментов по попутной добыче природного камня // Разработка рудных месторождений. Вып. 64. - Кривoй Рoг: Изд-во КТУ. -1998. - С. 11-21.

35. Жуков С.А. Автоматизированный расчет трещиноватости и блочности массива природного камня и контуров структурно-технологических зон в рудном карьере // Академический вестник. - Кривой Рог: Изд-во КрТО МАКИС. 1998. -№ 1. - С. 50-55.

36. Жуков С.А. О технологии буровзрывной подготовки массивов природного камня в рудных карьерах // Разработка рудных месторождений. Вып. 64. - Кривoй Рoг: Изд-во КТУ. -1998. - С 3-7.

37. Жуков С.А. Автоматизированные расчеты структурных и акустических характеристик породных массивов и контуров технологических зон в карьерах // Матеріали конференції «Проблеми та напрямки використання САПР в учбовому процесi та автоматизацiя проектно-конструкторських робiт сучасних виробництв». Кривий Ріг: Мінерал. - 1998. - С. 7-11.

38. Жуков С.А. Оптимизация режимов добычи и использования попутных полезных ископаемых в группе железорудных карьеров // Разработка рудных месторождений. Вып. 60. - Кривoй Рoг: Изд-во КТУ. -1997 - С. 28-32.

39. Жуков С.А. Проблемы попутной добычи природного камня в действующих карьерах // Труды І Междунар. научно-технич. конф. «Проблемы комплексного освоения недр» в сб. науч. тр. НГА Украины. № 2. -Днепропетровск: Изд. НГА Украины. - 1998. - С. 100-105.

40. Жуков С.А. Критерий оценки направления развития и режима горных работ при комплексном освоении железорудных месторождений // Труды І Междунар. научно-технич. конф. «Проблемы комплексного освоения недр» в сб. науч. тр. НГА Украины. № 2. -Днепропетровск: Изд. НГА Украины. - 1998. - С. 79-84.

41. Жуков С.А. Определение зон интенсивного трещинообразования в кристаллических породах. // Новое в технологии, технике и экономике переработки минерального сырья. Часть 2. - Кривой Рог: Изд-во ин-та Механобрчермет. - 1998. - С. 18-21.

42. Панов В.П., Жуков С.А., Федоренко С.А. Анализ динамики физических процессов при раскалывании породы пироклином // Разработка рудных месторождений. Вып. 64. - Кривoй Рoг: Изд-во КТУ. - 1998. - С. 35-42.

43. Жуков С.А. Об экономической оценке горных проектов // Разработка рудных месторождений. Вып. 59. - Кривoй Рoг: Изд-во КТУ. - 1996. - С. 29-31.

44. Гурин А.А., Назаренко В.Н., Исаев В.П., Жуков С.А., Шевченко В.И., Радченко И.С. Управление ударными воздушными волнами при взрывных работах на подземных рудниках // Металлургическая и горнорудная промышленность. Научн-техн. и производств. сб. - Днепропетровск: Проминь. - 1988, № 4. - с. 45-47.

45. Жуков С.А., Федоренко С.А., Бондарец А.А. Исследование процесса затухания упругих волн при пересечении ими макротрещин массива. // Разработка рудных месторождений. Вып. 64. - Кривoй Рoг: Изд-во КТУ. -1998. - С. 68-74.

Особистий внесок автора в роботах, опублiкованих у спiвавторствi, полягає в наступному: [1] - аналiз використання будiвельних гiрських порiд; [2, 29] - аналiз сировинної бази України; [6] - планування експерименту, обробка результатiв спостережень; [9] - iдея, постановка задачi, оптимiзацiя функцiї мети; [10, 31, 45] - постановка задачi, алгоритм рiшення; [26, 42] - iдея, конструкцiя пристрою; [27] - концепцiя; [28] - визначення основних закономiрностей; [30, 44] - обгрунтування напрямiв i способiв застосування.

Размещено на Allbest.ru