автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Исследование способов подготовки к выемке и технологии разработки природного строительного камня для условий Афганистана

г \ №

На правах рукописи МОХАММЕД ФАРУК САФИ

УДК 622.271

ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ПОДГОТОВКИ К ВЫЕМКЕ И ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ПРИРОДНОГО СТРОИТЕЛЬНОГО КАМНЯ ДЛЯ УСЛОВИЙ АФГАНИСТАНА

Специальность 05.15.03 — «Открытая разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1997

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научны« руководитель докт. техн. паук, проф. ЯЛТАНЕЦ И. М. Официальные отгоненты: докт. техн. наук ПЕРШИН Г. Д., канд. техн. наук ДЬЯЧУК В. И.

Ведущее предприятие — Акционерное общество «Московский комбинат строительных материалов».

Защита диссертации состоится « 2г/. » Дн/)вЛ£ 5997 г.

в /у "Гчас. на заседании диссертационного совета К-053.12.01 в Московском государственном горном университете по адресу: 117935, Москва, Ленинский проспект, дом 6.

Отзывы в двух экземплярах просим направлять по адресу: 117935, ГСП-1, Москва В-49, Ленинский проспект, дом 6,

С диссертацией .можно ознакомиться в библиотеке университета.

Ученый секретарь диссертационного совета

канд. техн. наук, доц. СЕНАТОРОВ Н. П.

МГГУ.

Автореферат разослан «

»

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. Завершение социальных конфликтов в Афганистане откроет новый этап в истории страны - восстановление разрушенного хозяйства, который потребует значительного количества строительных материалов. Наиболее представительным в этом -случае является столичный регион -провинция Кабул, где более 60% хозяйственного и культурно-жилищного фонда требует восстановления.

Исторически в Афганистане приоритетом в строительстве пользовался природный строительный камень, месторождения которого расположены в непосредственной близости от Кабула.

Изыскание методов и способов для реконструкции существующих карьеров и строительства новых с эффективной технологией разработки месторождений ' природного строительного камня с целыо получения требуемого количества строительного материала является актуальной задачей, и ей посвящена данная работа.

Целыо работы является научное обоснование и разработка рациональной технологии добычи природного строительного камня, в том числе и-для группы карьеров, обеспечивающих потребности конкретного региона, в данном случае провинции Кабул, с учетом реальной обстановки при возрождении материально-технической базы Афганистана.

Идея работы заключается в том, что эффективность разработки природного строительного камня и его переработки на строительные материалы существенным образом зависит от способа подготовки к выемке, что в первую очередь связано с прогнозированием выхода различных строительных материалов ( монолитных блоков, бутового камня, щебня и песка ) для потребности строительства конкретного региона.

Научные положения. В работе установлено, что:

- в данных условиях для обеспечения потребности в строительных материалах необходимо выделять в подготовленной горной массе четыре класса крупности:

I класс.- менее 10 мм, для производства песка;

II класс - от 10 до 150 мм, для производства щебня;

III класс - от 150 до 500 мм, бутовый камень; :

IV класс - свыше 500 мм, для блочного камня;

- требуемый грансостав подготовленной горной массы обеспечивается взрывными способами подготовки, из которых буровзрывной способ с применением скважинных зарядов увеличивает выход II и III класса крупности (щебня и бута) в 2-3 раза;

- при наличии в подготовленной к выемке горной массе свыше 65% II и III классов крупности наиболее эффективно использовать следующие комплексы горного оборудования: .

- буровые станки с диаметром бурения 100-200 мм;

- экскаваторы-мехаиические лопаты с емкостью ковша 1-

Зм3;

- автосамосвалы грузоподъемностью 10-40 т;

- обеспечить стабильную ра&эту потребителей природного строительного камня можно совместной работой 3-6 карьеров и при этом сократить производительные мощности отдельных карьеров;

- для получения природного камня заданных размеров и форм наиболее эффективно использовать невзрывные разрушающие смеси (НРС), которые позволяют до 40% увеличить

' выход кондиционного сырья; '

- длина магистральной трещины при расколе прямо пропорциональна поперечной площади .шпура и обратно пропорциональна удельной поверхностной энергии материала, что позволяет рассчитать рациональные параметры применения НРС и организовать высокоэффективное камнекольное производство по изготовлению брусчатых и стеновых камней.

Обоснованность и достоверность научных положений-выводов и рек-омрнпят^ий подтверждаются использованием методов научного анализа, библиографических, ., горногеологических и опытных данных по разработке месторождении строительных горных пород; использованием апробированных методов математической статистики, исследования операций, экономико-математического моделирования технологических процессов с использованием ЭВМ.

Значение работы. Научное значение работы заключается в установлении теоретических зависимостей, связывающих способ подготовки к выемке с технологией работы карьера в целом и возможностью получения требуемых строительных материалов; в разработке методики установления оптимального режима работы группы карьеров с целыо обеспечения потреб-' ностей строительной индустрии данного региона; в обосновании параметров использования НРС для подготовки к выемке и организации камнекольного производства с учетом конкретных условий Афганистана.

Практическое значение работы заключается в выдаче рекомендаций по эффективной работе карьеров природного строительного камня для обеспечения строительства в провинции Кабул.

Реализация работы. Буровзрывные способы подготовки к выемке использовались на карьерах Гарнб-Гар и Ятим Так, разрабатывающих месторождения природного строительного камня, для получения строительных материалов: бутового камня и щебня, в заданных объемах.

' Апробация работы. Результаты работы докладывались в Департаменте разработки твердых полезных ископаемых при Министерстве горной промышленности Афганистана (19891991 гг.). Разделы работы докладывались на научно-технической конференции "Экологические проблемы горного производства" (Москва, МГИ, 1993 г.) и на научном семинаре при кафедре технологии механизации и организации горных работ Московского государственного горного университета (1994-1995 гг.). :

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 статьи.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из сорока наименований. Работа изложена на 126 страницах машинописного текста, содержит 21 рисунок и 24 таблицы.

Автор весьма признателен коллективу кафедры Технологии, механизации и организации открытых горных работ МГГУ за доброжелательную критику и внимание к работе и

благодарит всех, принимавших участие в исследованиях и во внедрении результатов работы.

Основное содержание работы

Афганистан располагает значительными запасами различных полезных ископаемых, в том числе и строительных горных пород, из которых наибольший интерес представляет природный строительный камень. К природному строительному камню относятся скальные и полускальные горные породы, которые после соответствующей обработки можно использовать в строительстве.

^ Исторически в Афганистане широко используются блочный камень, бут, щебень и песок, полученные из природного строительного камня. При восстановлении столицы. Афганистана - Кабула потребуется значительное количество строительных материалов, а следовательно, большой интерес представляют месторождения природного строительного камня, расположенные в провинции Кабул или ближайших окрестностях. Из таких месторождений можно отметить в 12 км северо-восточнее Кабула месторождение мрамора Тарахсль с промышленными запасами свыше 4 млн. м3. У северо-западной окраины Кабула расположено месторождение амфиболитов < Азара-Багаль с запасами около 3 млн. м3. Месторождение доломитов и известняков Гариб-Гар находится в 18 км от Кабула на юго-восточном склоне одноименной Горы. Запасы известняков около 13 млн. м3, доломитов - свыше 33 млн. м3. В южной части Кабульской котловины на правобережьи реки Логар расположено крупное месторождение известняков Шахибаран-тай. В 24 км от Кабула - месторождение травертинов Чельдух-таран с запасами свыше 6 млн. м3. Необходимо отметить месторождение мраморного оникса, расположенное в провинции Гельманд,и месторождение Известняков Джабал-Сардж, расположенное в провинции Парван.

Таким образом, в непосредственной близости от Кабула и в ближайших провинциях находится достаточное количество месторождений природного камня для обеспечения строительных нужд столичного репина.

На отдельных месторождениях природного строительного камня осуществлялись горные работы малопроизводительными карьерами (50-100 тыс.м3 в год) со взрывной подготовкой горных пород к выемке, причем взрывные работы проводились без достаточного обоснования параметров взрывных работ и без прогнозирования кусковатости взрываемой горной массы. В качестве примера можно рассмотреть карьер Кабульского домостроительного комбината Тарахель, производительность которого по горной массе приближалась к 100 тыс.м3 в год. Из нее производилось около 2 тыс.м3 мраморных блоков для производства облицовочных плит и архитектурно-художественных изделий, 4-5 тыс.м3 бутового камня, а все остальное перерабатывалось на щебень и песок и в основном использовалось в качестве заполнителей при изготовлении бетонов и железобетонных плит. Для подготовки горных пород к выемке использовалось взрывание камерными зарядами большой единичной мощности, обеспечивающее взорванную горную массу на несколько лет работы карьера. Погрузка горной массы производилась дизельными экскаваторами с емкостью ковша 1-1,5 м3 в автосамосвалы. Работа производилась в опасных условиях, учитывая значительную высоту взорванного уступа, превышающего 80 м.

На карьерах строительного камня осуществляются следующие основные производственные процессы: подготовка камня к выемке (отделение от массива), погрузка, транспортирование и первичная обработка камня. Головным процессом является подготовка к выемке, но этот же процесс является и ведущим технологическим процессом, поскольку наиболее трудоемкий и оказывает влияние не только на последующие процессы, но и на возможность дальнейшего использования добытого камня в строительстве. В результате правильно подобранного способа подготовки и его параметров можно получать различное качественное состояние подготовленной каменной горной массы. Известные способы подготовки к выемке природного строительного камня представлены в таблице 1.

Анализ способов подготовки к выемке природного строительного камня показал, что для условий Афганистана наиболее рационально использовать взрывные способы отделения

камня от массива. По взрывным работам накоплен достаточный опыт на карьерах Афганистана, кроме того, они не требуют приобретения специального дорогостоящего оборудования, что очень важно дЬя периода восстановления промышленности страны. 3 будущем предполагается переход на невзрывчатые разрушающие смеси (НРС), использование которых существенно повысит эффективность разработки камня.

Таблица 1

Способы подготовки к выемке (отделения от массива) природного строительного сырья

Взрывные

(Взрывание или рас' кол с применением: •метательных ВВ; -мсшвплотных ВВ; -бризантных ВВ; -злектроимпульсное взрывание.

Физико-технические

Резан'ие:

-термогазоструйным горением;

-плазменньг" резаком;

-лазерными горелками;

-струей зоды высокого давления. Раскол:

термомеханический; -токами высокой частоты; • -замерзание воды в скважинах; -использование в скважинах НРС.

Механические

Раскол:

-буроклиновые установки; -буровые машины с винтовыми подъемными устройствами (домкратами); -ударно-врубовые машины (ченнелеры). Резание баровы-ми, фрезовыми или дисковыми машинами. Канатное пиление.

При взрывных работах большое значение имеет научное обоснование параметров взрывных работ, так как в результате взрыва возможно передробить каменный массив & мелочь или добиться требуемого гранулометрического состава, обеспечивающего заданный выход строительного материала.

Согласно потребностям строительства в Афганистане во взорванной горной массе можно выделить 4 класса различной кусковатости, пригодных для производства соответствующих строительных материалов:

- I класс - менее 10 мм - для производства песка и мелких заполнителей для бетонов;

- II класс - от 10 до 150 мм - для производства щебня;

- III класс - от 150 до 150мм - бутовый камень;

- IV класс - свыше 500 мм - блочный камень.

Наибольшая потребность строительства в щебне и блочном камне, соответственно II и III классы по кусковатости.

На карьерах Афганистана использовались следующие методы взрывных работ:

- метод камерных зарядов. Результаты использования данного метода рассматривались на примере мраморного карьера Тарахель. Общее количество ВВ - 67,1 т, объем отбитой горной массы в целике - 70 тыс. м3;

- метод скважинных зарядов, результаты которого рассмотрены на примере мраморного карьера Хайрхана. Диаметр скважины - 105 мм, глубина скважины до 12 м, линия сопротивления по подошве - 3,5-4,0 м, удельный расход ВВ - 0,35-0,45 кг/м3; '

- метод шпуровых зарядов. Данный метод не участвовал в сравнительном анализе, хотя и достаточно распространен на карьерах Афганистана, но для массового получения строительных материалов щебня и бутового камня он малоэффективен. Гранулометрический состав взорванной горной массы можно определить различными методами. В данной работе использован метод косоугольной фотопланометрии. Фотопланометро-граммы выполнены на карьерах Тарахель и Хайрхана на взорванном развале горной массы при камерном и скважинном методе взрывных работ и обработаны методами математической статистики. Средняя длина куска при скважинном методе взрывания составила 198 мм, при камерном - 697 мм.

Гистограммы распределения гранулометрического состава взрывной горной массы по 4 выделенным классам кусковатости представлены на рис. 1.

и*

60 60 40 20

шшт

Щ-г(<//Л

МШШ-. Ш////Ш

ш

150

500

Б. <Хя

РясЛ А- Гистограмма распределен!!! граяулоиетмгеесжого еостеиа вэорваяиой горяьй мао'си по фракции при сгважйивок иетоде варивали*

В- Гистограмм«, распределения гралулометрмасхого составь взорваивов горной кассы но фрахцвхы при гамерном методе взриваиня

При скважинном методе взрывания резко увеличивается выход щебня и бутового камня (щебня почти в 3 раза, бута - в 2 раза), что и предопределило его преимущество.

При скважинном методе взрывания кусковатость взорванных горных пород зависит ог параметров БВР. Для установления этих зависимостей необходимо, в первую очередь,' оценить влияние крепости горных пород на производительность бурового станка, а затем установить влияние среднего куска на производительность основного горного оборудования - экскаватора.

Производительность бурового станка существенным образом зависит от технической скорости бурения конкретных горных пород. При аналитическом расчете скорости бурения очень низка достоверность исходных данных, а следовательно, малодостоверен и результат.

Для получения простого и достаточно достоверного результата применительно к условиям Афганистана на карьерах Хайрхана и Тарахель были выполнены хрономегражные наблюдения для определения технической скорости бурения пневмоударного станка БМК-4м.

В результате статистической обработки хрономегражных наблюдений получена эмпирическая зависимость с корреляционным отношением 0.76.

Уо= 1,85 + БЖЗсж., (1)

где Уб- техническая скорость бурения м/ч;

веж. - предел сопротивления породы на сжатие, Мпа.

Производительность экскаватора существенно зависит от времени черпания. При выемке взорванных горных пород продолжительность черпания определяется по эмпирическим формулам. Для условий Афганистана на карьерах Хайрхана и Тарахель также были проведены хрономегражные наблюдения для установления времени черпания экскаватора и механической лопаты строительного типа с емкостью ковша ( 1-1,5) м1

После статистической обработки на ЭВМ хрономегражных наблюдений получена эмпирическая зависимость с корреляционным отношением 0,72.

Т,=135 d2cp./E + E/0,1 Е+0,2, (2)

где Тч - время черпания, с;

dCp- средний размер куска взорванной породы, м; Е - емкость ковша экскаватора, м3.

С учетом установленных зависимостей была разработана экономико-математическая модель оптимизации производительности отдельного карьера, в котором решалась задача, какой технологией и сколько надо добывать каждого вида строительного материала для обеспечения заданной потребности при максимальной прибыли с учетом ограниченных возможностей в людских, энергетических и финансовых ресурсах.

В математических символах данную задачу можно записать в следующем виде:

п ш

Z И d¡j X¡j => шах (3)

í=I j=i . ;

V

при следующих ограничениях:

п ш » п ш

I I Ny Ху < No«., (4) £ I ЭцХу^Эоб., (5)

i=l j=l- -i=l j=l

n m n m

Z" £ Kij Xij < Коб., (6) II 3/Lij Xij < Ar, (7) i=l j=l i=l j=I

m

I Xij< Ру, (8) Xij > 0, (9)

j=l

где dij - прибыль от реализации ! м3 i-ofi продукции, получаемой по j-ой технологии, афг.;

Ху. количество i-ой продукции, получаемой по j-ой техно-логин, тыс.м5;

п - количество видов продукции, ед.;

m - количество различных технологий, ед.;

Ny - трудоемкость добычи I м3 i-ой продукции по j-ой технологии, чел./м3;

Noo. - имеющиеся трудовые резервы, чел.;

3ij - потребность энергии для добычи 1 м31-ой продукции по j-ой технологии, кВт/ч.;

Эоб. - имеющиеся энергетические ресурсы, кВт,;

Kij - удельные капитальные вложения для добычи i-ой продукции по j-ой технологии, афг/ м3;

Коо. - имеющиеся ресурсы на капитальные вложения, тыс. афг.;

Pij - потребность в i-ой продукции, тыс. м3;

Lij - коэффициент выхода i-ой продукции по j-ой технологии;

Аг - максимальная годовая производительность карьера, тыс. м3/год.

Смысл ограничений: 4 - по трудоемкости, 5 - по потребности энергии; 6 - по капитальным вложениям, 7 - по горногеологическим возможностям, 8 - по потребности, 9 - по условию обязательной работы.

В таком виде задача относится к классу задач линейного программирования, решаемых симплекс-методом. Решение данной задачи вручную аналитически и с применением ЭВМ для конкретных условий карьеров природного строительного камня в Афганистане, для получения двух видов продукции: бутового камня и щебня (II и III классы кусковатости), по трем технологиям подготовки к выемке: камерными зарядами, сква-

жпнными зарядами и шпуровыми зарядами; показало,, что наибольший выход щебня и бутового камня достигается при буровзрывном способе подготовки (скважинные заряды), который, в свою очередь, обеспечивает максимальную прибыль. Таким образом, эффективность применения буровзрывного способа подготовки природного строительного камня к выемке для получения максимального количества бутового камня и щебня подтверждается не только на примерах карьеров Тара-хель и Хайрхана, но и для всех карьеров провинции Кабул в целом.

Для достоверной оценки экономической эффективности работы карьера и целом необходимо оценивать эксплуатационные расходы по технологическим процессам. Для этих целей в работе составлены статистические зависимости, позволяющие рассчитать эксплуатационные затраты по комплесу буровзрывных работ, на выемочно-пофузочные работы и транспортировку горной массы автосамосвалами.

Для условий конкретного региона важной задачей является оптимизация производительности группы карьеров, обеспечивающих сырьем нескольких потребителей. Карьеры расположены на разных расстояниях от потребителей продукции. Производительность отдельного карьера находится в пределах 50-100 тыс. м3 в год по горной массе. Особенности этой задачи заключаются в следующем.

В пределах некоторого региона имеется п карьеров или месторождений, на которых можно построить карьеры но добыче определенного вида продукции, и т потребителей этой продукции. Требуется определить годовой объем XI производства продукции на каждом ¡-ом карьере и объем Ху перевозок готовой продукции с ¡-го карьера к>му потребителю. При этом известна потребность каждого потребителя в сырье приведенные затраты (л на выпуск единицы продукции на ¡-ом карьере, затраты Сц на перевозку 1 м} продукции с ¡-го карьера к ]-му потребителю. Кроме того, известны максимальный объем производства на карьере А1 и максимальная потребность потребителя в продукции

В математических сш золах данная задача запишется в следующем виде:

m

X L Cij Xij-*> min . (10)

i=l j=l

при этом вся продукция из карьера должна быть выпоена,

т.е.

Хн + Xi2 + .... + Xij+ .... + Xin = Ai (i=l,2.....п), (И)

а потребности всех потребителей удовлетворены, т.е.

Xij+ X2j + .... + Xij+ .... +Xmj = PP <|=I.2.....m). (12)

Рассматривается закрытая модель, при которой суммарная производительность всех карьеров равна суммарной потребности всех потребителей.

п ш

EAI = ZP,. (13)

i=l j=l

В такой постановке задача относится к классической транспортной задаче, которая имеет следующие особенности:

-все ограничения в задаче имеют вид равенства;

- каждая переменная входит только в два ог раничения;

- коэффициенты при переменных в ограничениях равны единице.

Транспортная матрица совмещает матрицу стоимостей Сц и объемов перевозок Хц. В этой матрице по строкам записаны ограничения по производственным мощностям карьеров (11), а

по столбцам - по величине потребности каждого потребителя (12).

Матрица для решения транспортной задачи имеет вид, приведенный в таблице 2.

Транспортная задача всегда имеет оптимальное решение, т.е. система ограничений совместна и целевая функция ограничена. Оптимальное решение транспортной задачи может быть получено методом потенциалов и сетевого планирования.

Таблица 2 Матрица решения транспортной зддачи

Карье Потребитель Производи-

Р тельность

П1 П2 щ Пт карьера

К1 СП С12 ,,, СИ С1т А!

XII Х12 хм XI т

К2 С21 С22 С2| • •. С2т А2

- Х21 Х22 Х2} Х2т

К1 а! СИ си От А|

XII Х12 Хи Хпп

Кп Сп1 Сп2 Сп} Спт А п

Хп1 Хп2 Хп] Хпт

Потре- Р1 Р2 ... Рт

бность

На рис.2 приведена транспортная сеть, соединяющая п карьеров с ш потребителями. Максимально возможная производительность ¿-го карьера (+А1) и величина потребности j-го потребителя (-Р^ проставлены у соответствующих вершин. Сверху ребра, показывающего транспортную коммуникацию, проставлена себестоимость добычи и перевозки от карьера до потребителя по данному звену (Су), а снизу ребра провозная способность транспортной коммуникации

III I'l

I'm- 3. Сх^матичсск.'оо предс-ташкчше транспортной задачи

Нахождение оптимального плана при сетевой постановке задачи осуществлялось методом потенциала.

Алгоритм решения задачи методом потенциалов состоит из двух этапов: предварительного' и общего. Первый (предварительный) этап включает:

1.1- построение опорного решения;

1.2 - присвоение и расчет системы потенциалов;

1.3 - проверку первоначальною плана на оптимальность.

Если опорное решение не является оптимальным, то переходят ко второму (общему) -лапу, который включает:

11.1 - улучшение плана перевозок;

П.2 - направление системы потенциалов;

11.3 - проверку улучшенного плана на оптимальность.

Этапы циклически повторяются до получения оптимального плана.

В .[аннон задаче рассматривался только один вид продукции (К1К называемая однопродуктовая модель). В действительности на большинстве карьеров строительных горных пород добывае!ся несколько видов продукции. Такая многопродуктовая модель системы карьеров требует специального сопоставления отдельных планов перевозок для каждого из основных видов продукции, т.е. чадлчч нужно решать по лапам для каждого вида продукции.

Таким образом, оптимизацию производительности группы карьеров строительных горных пород целесообразно осуществлять с использованием метода линейного программирования. приведения этой задачи к форме классической транстпортной задачи, имеющей разработанный алгоритм решения.

По данной методике проведена оптимизация работы карьеров, существующих в провинции Кабул (К| - Тарахель. К: -Хайрхапа, Кз - Гариб-Гар), и потребителей - строительных организаций в г.Кабуле (П| - Кабульский домостроительный комбинат. П2 - завод мрамора и бетона. П. - завод облицовочного камня и Пд - прочие местные потребители). Оптимальный план, полученный по данной методике, позволяет сэкономить средства на грузоперевозках, сокращает потребную производительность карьера. Таким образом, имеется реальная возмож-

ность улучшить технико-экономические показатели работы существующих карьеров.

В будущем на карьерах природного строительного камня в Афганистане возрастет объем добываемого блочного камня, в этой связи массовое применение-взрывного способа подготовки станет нерентабельным. Современным условиям добычи блочного камня отвечает способ, использующий невзрывчатые разрушающие смеси (НРС).

НРС представляют собой порошкообразные негорючие и невзрывоопасные материалы, обладающие щелочными свойствами и повышенной гигроскопичностью, полученные путем регулируемого обжига и помола карбонатных пород. Перед применением порошок смешивают с водой, при этом образуется рабочая смесь, которую заливают в шпуры, подготовленные в горной породе. Смесь в результате реакции гидратации твердеет и увеличивается в объеме. Увеличение объема залитой в шпуры смеси сопровождается увеличением давления на стенки шпура, которое в различных климатических условиях (от 5 до 24 часов твердения смеси) достигает 40-50 Мпа. Под действием этого растягивающего напряжения образуются магистральные трещины в горной породе. Длина магистральной трещины прямо пропорциональна поперечной площади шпура и обратно пропорциональна удельной поверхностной энергии разрушения горной породы во времени согласно разнице между удельной работой НРС и удельной работой трещинообразова-ния.

Основными технологическими параметрами фименения НРС при отделении блоков камня от массива являются диаметр шпуров, расстояние между шпурами, длина магистральных трещин и время их образования. Параметры применения НРС должны соответствовать физико-механическим свойствам породы и отвечать условию наименьших затрат на добычу камня. Установлены следующие аналитические зависимости для их определения:

с1опт=2(а-К85р) (Со/С*)/уК„У„, м, (34)

Loht-dorn [l+(rtdoni2C*K„Vn)/4Co], m, (15)

где dom - оптимальный диаметр шпура;

Lom - оптимальное расстояние между шпурами; а - удельная работа НРС на единицу объема шпура, Дж/м3;

- коэффициент разрушения породы при разрыве (раскалывании), ICs= (1-Ьр.)5Р/Н;

|i - коэффициент Пуассона для данной горной породы; Е - модуль упругости горной породы; 5р - предел прочности породы на растяжение, Мпа; у - поверхностная энергия разрушения, Дж/м2; Со - стоимость часа бурения шпура, афг/ч; С* - удельные затраты на расход НРС и других материалов, афг/м3; • ' Кн - коэффициент использования станка; Vn - скорость подъема бурового инструмента, м/ч. Графические зависимости изменения параметров использования НРС от предела прочности породы на растяжение при различных стоимостных параметрах показаны на рис.3. Установлено, что между удельной работой трещинообразования и пределом прочности направленного раскола горных пород существует линейная корреляционная зависимость (коэффициент корреляции 0,08, дисперсия не менее 200).

В зависимости от крепости породы возможно выделить пять классов пород по значению сопротивления разрушению НРС. Основные характеристики данной классификации приведены в таблице 3. •

Для уточнения технологических параметров использования НРС в лабораторных условиях были проведены испытания НРС итальянской фирмы "Кимика Эдиле" типа "FRÄST AG", приобретенных на выставке "Интеркамень-96". Испытания проводились на специально сконструированных устройствах, позволяющих фиксировать "работу" НРС в виде усилии, развиваемых за счет расширения объема смеси в металлическом цилиндре, моделирующем шпур.

Рнс.З. А- ГРАФИК ЗАВИСИМОСТИ ОПТИМАЛЬНОГО ДИАМЕТРА ШПУРА ОГ О?

В- ГРАФИК ЗАВИСИМОСТИ ОПТИМАЛЬНОГО РАССТОЯНИЙ МЕЖДУ ШПУРЯМИ ОТ Ор

Со - уделили затрата ва. бууенпе вез учет» электрозвергжЕ, агаюргвяйцш

1 - прк Cos3B42 air. г - щж Co-3i42 аог. 3 - гра Со=2 842 aj}r.

Í9

Таблица 3

Классификация горных пород по трудности разрушения Н РС

Показатели Класс породы

1 II III IV V

5р,Мпа 0-5 5-10 10-15 15-20 свыше 20

К, 0-0,0625 0,0625- 0,562- 1,56-3 свыше 3

0,562 1,56

(1опг, ММ 83-51 59-37 47-33 42-27 менее 26

Еопг . М 17,8-2,5 5,0-0.68 1,0-0,37 0,7-0,19 менее 0,19

По полученным результатам построены графики зависимости развиваемого смесыо давления во времени и' оценена работоспособность НРС (рис. 4).

Одновременно было проведено испытание НРС на натуральных материалах. Для чего было приготовлено три блока из гранита, мрамора и бетона, в которых были пробурены шпуры дайной 120-180 мм и диаметром 20-40 мм. Трещннообразова-ние фиксировалось во времени визуально, отдельные моменты отмечены на фотографиях.

Характер разрушений натуральных образцов и показатели развиваемых давлений на лабораторных стендах убедительно подтверждают возможность использования НРС для отделения блоков камня от массива.

Для различных горно-геологических и климатических условий стран СНГ был проведен анализ применения НРС для добычи блоков облицовочного камня различных видов горных пород от мраморов Узбекистана до гранитов габбро Украины и Карелии. Применение НРС по сравнению с буроклиновым способом позволяет снизить объем буровых работ, повысить производительность труда и снизить себестоимость продукции, повысить выход качественных и кондиционных блоков на 31%, На основании подробно приведенного в диссертационной работе экономического расчета по внедрению'НРС на ряде ка-

.с

7 «

»

4

3

г 1

О 15 М 45 «3 75 еа

Б.

О 13 ЭД 45 60 Т5 ?0 и«' В. Рй

1 1

/ 1 1

У 1

"

О 15 за -5 50 75 03 (.,100

рис.4 а- граф пк райегшя шршы трещины во ереишз в зависимости от степени подшш цспытательного устройства:

б,в- график развития усилия разрыва во врешж в завйс1ш0ш от степени ШЩ2У.ТНЯ В КСПЬГГАТВЯЬНОИ УСТРОЙСТВЕ 1,2,3,4 - соответственно пра пагртзсе 0.5г.1.0тД.5т.2Лт и

рьеров Афганистана получен следующий экономический эффект:

- для карьера мрамора Тарахель - 19579 афг./год.;

-доя карьера мрамора Хайрхана - 15804 афг./год.

На время расчета (1989 год) 1 доллар США был равен 100

афг.

В настоящее время все шире находят распространение технологии по раскаливанию некондиционных блоков природного строительного камня с целью получения так называемых колотых изделий с заданными размерами - от брусчатки до фундаментных блоков. Расширение номенклатуры строительных материалов, получаемых при разработке природного строительного камня, на наш взгляд, представляется перспективным и необходимым с позиции более полного и рационального использования добываемого сырья.

С целью изучения технико-экономических показателей производства колотого камня в диссертации рассмотрен вариант производства одного вида продукции - камня брусчатого типа БН размерами 200x100x100 мм (ГОСТ 23668-79). В качестве комплекта камнекольного оборудования приняты камнекольные прессы ПКА-800 и ПКА-400, выпускаемые в РФ. небольшими сериями. При работе двух комплектов прессов суточная производительность равна: 2 ком. х 2 смены х 2 м2/ смену = 24 м2 / сутки. В ценах 1992 г. полная месячная себестоимость и себестоимость 1 м2 производства камня брусчатого из изверженных пород (выпуск месяц - 400 м:) соответственно составляет 150252,2 афг. и 3756,3 афг. при оптовой цене продукции 5259 афг./м2 и рентабельности производства 40%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных исследований в работе дано решение актуальной научной задачи обоснования рациональной технологии добычи природного строительного камня и на

примере прошштш Кабул Афганистана установлены следующие основные показатели применения данной технологии:

1. В провинции Кабул имеется достаточное количество месторождений природного строительного камня для обеспечения потребностей строительства. •

2. В подготовленной к выемке горной массе на карьерах природного строительного камня следует выделять 4 класса крупности, соответствующих производству основных строительных материалов:

I класс - менее 10 мм, для производства песка;

II класс - от 10 до 150 мм, для производства щебня;

III класс - от 150 до 500 мм, для бутового камня;

IV класс - свыше 500 мм, для блочного камня.

3. Наиболее эффективны в данных условиях взрывные способы подготовки природного строительного камня к выемке, из которых буровзрывной способ увеличивает выход второго и третьего класса крупности в два-три раза и обеспечивает максимальную прибыль работы карьера.

4. При буровзрывном способе подготовки природного строительного камня на карьерах с производительностью 50100 тыс.м3/год должна быть следующая механизация:

- буровые станки с диаметром бурения 100-200 мм;

- экскаваторы с емкостью ковша 1-3 м3 ;

- автосамосвалы грузоподъемностью 10-40 т.

5. Обеспечить потребность провинции Кабул в строительных материалах возможно совместной работой З-б карьеров, при этом производительность отдельных карьеров может быть снижена'до 20% за счет рациональной транспортной схемы перевозок.

. 6. Применение невзрывчатых разрушающих смесей (НРС) для добычи блочного камня заданных размеров позволяет в 1,5-2,0 раза сократить объем буровых работ, на 30-40% повысить выход кондиционного сырья, качество и точность размеров добываемых блоков.

7. Параметры применения НРБ зазисят от физико-механических свойств горных пород и экономических показателей. Для условий месторождений Афганистана целесообраз-

но применение шпуров диаметром 0,028-0,047 м, расстояние между шнурами 0,2-1,0 м.

Промышленная апробация отдельных результатов исследовании и их внедрение осуществлены на карьерах Афганистана. Для мраморного карьера Тарахель экономический эффект составил 19579 афг./год, для карьера Хайрхана - 15804 афг./год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Мохаммед Фа рук Сафи. Комплексное освоение карьера строительных горных пород (на примере карьера Гариб-Гар).-Наука и технология, КПП, Кабул, 1990 (на языке Дари).

2. Мохаммед Фарук Сафи. Выбор рациональной технологии на карьерах строительных горных породг Наука и технология, КПИ, Кабул, 1992 (на языке Дари).

3. Мохаммед Фарук Сафи. Оптимизация производственной мощности карьера при выдаче нескольких видов продукции в условиях Афганистана. - Горный информационно-аналитический бюллетень. М., МГИ, 1993 .

4. Мохаммед Фарук Сафи. К вопросу повышения эффективности горного производства Афганистана.-Тезисы докладов конференции "Экологические проблемы горного производства". М., МГИ, 1993.