автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Разработка технологии добычи мраморных блоков и их переработка для условий месторождений Республики Афганистан

рг5 од

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт

На правах рукописи РУЗЗУДДИН ЭБРАХИМИ

УДК 622.271 :4

'АЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ДОБЫЧИ МРАМОРНЫХ БЛОКОВ И ИХ ПЕРЕРАБОТКА ДЛЯ УСЛОВИЙ МЕСТОРОЖДЕНИЙ РЕСПУБЛИКИ АФГАНИСТАН

Специальность. 05.15.03 — «Открытая разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук^

Москва 1993

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени горном институте.

Научный руководитель докт. техн. наук,.проф. ЧИРКОВ 'А. С.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук БЕЙ В. П., канд. техн. наук ДЬЯЧУК В. И.

Ведущее предприятие — Совместный московский межхо-зяйствейный комбинат строительных материалов.

Защита диссертации состоится «25-. » .и<*Я 1993 г.

в /Г^час. на заседании специалнаированного совета К-053.12.01 Московского ордена Трудового Красного Знамени горного института по адресу: 117935, ГСП, Москва, В-49, Ленинский проспект, д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан «

* сг~г~а> 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

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

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Важное место в народном хозяйстве иногих стран эанш-'зет горнодобывающая промышленность.

В настоящее время горнодобывающая промышленность Республики Афганистан находится в начальной стадии сроэго развития. В Республике особое внимание будет уделено вопросам разработки месторождений строительных горных пород, в том числе мраморных месторождений.

Республика Афганистан располагает значительными запасами мрамора различных цветов и оттенков, который оценивается как один из лучших в мире и может бнть использован в качестве облицовочного камня и заполнителя для железобетонных изделий. В настоящее время в Республике Афганистан мраморные месторождения разрабатываются с применением буровзрывных работ для производства щебеночной продукции, а получаемые при этом негабариты мрамора кустарным способом обрабатываются для получения различных изделий хозяйственного назначения. Промышленное освоение мраморных месторождений для добычи блоков и их переработки в Республике Афганистан отсутствует.

Наиболее крупные месторождения мрамора республики - Тара-хель и Азари-Багаль в провинции Кабул, на базе которых планируется строительство карьеров по добыче мраморных блоков. Характерными особенностями данных месторождений являются крутое залегание пластов мрамора и пересеченный рельеф местности. Проектные организации и производство страны не располагают научно обоснованными рекомендациями по технологии разработки мраморных месторождений. В связи с этим решение вопросов технологии разработки мраморных месторождений Республики Афганистан является актуальной научной задачей.

Целью диссертационной работы является изыскание научно обоснованных технологических решений для разработки мраморных месторождений на блочный камень с учетом условий залегания и физико-технических свойств камня месторождений Афганистана, ыакяимального эффекта добычи блоков и их переработки на плитм.

Идея работы заклачается в использовании акустических методов для определения физико-технических свойств пород и »ы-

бора технологических решений для добычи и переработки блоков мрашра с учётом условий аалеганвя полезного ископаемого и рельефа местности.

В соответствии с поставленной целью и предложенной идеей в диссертационной работе решались следующие задачи:

- геометрический анализ карьерного поля методом косых проекций акад.В.В.Ржевского;

- определение прочностных характеристик мрамора с помощью акустических методов и выбор на юс основе технологического оборудования для подготовки блоков мрамора к выемхе и их переработке;

- определение порядка и параметров ведения горных работ при разработке мраморных месторождений;

- установление технологических комплексов оборудования для вскрышных в добычных работ;

- вы ор технологического оборудования для переработки блоков мрамора.

йатыз щцщэния, .разившим, лично содакадааекуа

и их новизну. ...

1. Предложена поэтапная технология разработки мраморных месторождений, при которой значительно сокращаются потери мрамора. ' •

2. На основании акустических исследований массива полезного ископаемого установлено, что средняя прочность мрамора

в вертикальном направлении (согласно залеганию пласта) составляет 16,0 Ш1а, в меридиональном - 86,0 МПа и в широтном -50,0 МПа.

3. Установлено, что в условиях мраморных месторождений Республики Афганистан экономически целесообразно разработку мрамора на блоки производить баровыми машинами.

' 4. Установлено, что при переработке мрамора на плиты полированной фактуры следует применять следующий комплект оборудования: на распиловке блоков - штрипсовый станок; на окантовке - фрезеровке плит - продольно-окантовочный станок конвейерного типа; на шлифовке-полировке плит - шлифовально-

полировальный станок конвейерного типа.

РЗрсяринлссть и ,дрс„гавегарсть долоденвй. зыврдрв я рекомендаций подтверждаются: анализом научно-технической справочной и нормативной литературы и опытом разработки мраморных месторождений СНГ; использованием апробированных приборов и методик по определению акустических характеристик пород; использованием графоаналитического метода при расчетах объёмов горных работ; достаточным объемом экспериментального материала и исходных геолого-технологических данных.

Значение работы. Научное значение работы заключается в разработке методических принципов выбора основного горнотехнологического оборудования и технологических параметров, что позволило обосновать технологию поэтапной разработки мраморных месторождений.

Практическое значение работы заключается в разработке технологии поэтапной отработки мраморных месторождений и рекомендаций по выбору камнедобывающрго икамнеобрабатывающего оборудования.

Реализация выводов ц рекомендаций. Технологические решения по ведению горных работ и по переработке блоков на плиты для условий мраморного месторождения Азари-Багаль переданы Министерству горного дела и промышленности Республики Афганистан для использования при проектировании и строительстве мраморных карьеров. Экономический эффект от реализации рекомендаций работы составляет 2.83 млн.афгани;

Апробация работы. Результаты работы были доложены и получили одобрение на заседаниях научного семинара кафедры "Технология, механизация и организация открытых горных разработок" МГИ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, списка литературы из 134 наименований, изложена на 168 страницах машинописного текста, содержйт 47 рисунков и 20 таблиц.

- Основное С9Д9Р,такие рйСфты.

Сырьевая база промышленности строительных материалов Республики Афганистан представлена различными месторождениями (Тарахель, Малик Дуная, Бани Хесар, Азари-Багаль и др,).

В Республике Афганистан месторождения мрамора разрабатываются частными фирмами на блоки, которые затем перерабатываются в маломощных камнераспиловочных цехах и в виде облицовочных шшт продаются потребителям» Следует отметить, что месторождения облицовочного камня изучены слабо и только по нескольким месторождениям (включая и Азари-Багаль в провинции Кабул) с геологической точки знания запасы оценены геологоразведочной партией строительных материалов Республики Афганистан.

Настоящая работа посвящена вопросам разработки научно, обоснованных рекомендаций по технологии добычи мраморных блоков и их переработке на облицовочные плиты.

Анализ опыта разработки мраморных месторождений СНГ выявил большое разнообразие принимаемых конкретных технологических решений для различных горно-геологических условий и отсутотвие четкого представления об области рационального применения каждого из них. Вместе с тем для специфических условий мраморных месторождений Республики Афганистан (сложный рельеф господствующей поверхности, крутопадающие пласты полезного ископаемого) необходимы конкретные проработки технологических вопросов при добыче мраморных блоков.

Анализ технологии горных работ Ьри разработке мраморных месторождений на облицовочный камень'показывает, что при их эксплуатации имеется ряд общих вопросов, характерных для добычи других полезных ископаемых открытым способом^ вскрытие„ система разработки и ее элементы, подготовка пород к выежее перемещение карьерных груэов, отвалообразование, рекультивация,, Поэтому теория разработки мраморных месторождений является составной частью учения об открытой разработке месторождений полезных ископаемых, основные положения которой представлены в трудах академиков В,В.Ржевского, Н.В.Мельникова,

проф., докт.техн.наук Е.Ф.Шешко, Ю.И.Анистратова, К.Е.Винницкого, М.Г.Новожилова, Б.А.Симкнна, П.И.Томакова и многих других ученых.т

Значительный вклад в решение проблемы повышения эффективности работы мраморных карьеров внесли докт.техн.наук И.Б.Шлаин, проф.Н.А.Малышева, канд.техн.наук В.И.Дьячук, А.И.Косолапов, В.Г.Пичугин, В.Н.Сиренко и др.

Однако научно .'обоснованные рекомендации по технологии разработки мраморных месторождений на блоки и их переработке для условий Республики Афганистан отсутствуют, поэтому на решение данных вопросов и направлена настоящая диссертация.

Мраморные месторождения Афганистана изучены и разведаны недостаточно. Для них характерны следующие показатели: абсолютные отметки поверхности месторождений колеблются от 1940 до 2140 м; месторождения расположены в горной местности с углами наклона господствующей поверхности до 18°, полезное ископаемое (мрамор) представлено крутопадающими слоями (утлы падения от 40 до 75°) с горизонтальной мощностью от 5 до 40 м; простирание полезной толщи достигает 2,5 км; прочность мрамора на сжатие изменяется от 40 до 120 МДа; объемная масса мрамора находится в пределах от 2,0 до 2,4 т/м3; по данным геологоразведочных работ расстояние между вертикальными трещинами составляет 2,2-4,2 м; постельные трещины проявляются нечетко; прогнозный выход кондиционных блоков составляет до 35$; вскрышные породы представлены суглинками в смесях о дресвой и щебнем коренных пород и имеют'мощность от 0,5 2,5 м.

Для выбора способа подготовки блоков мрамора к выемке были проведены исследования физико-технических свойств пород месторождения Азари-Багаль. Целью исследования было нахождение корреляционной связи между скоростью распространения продольной волны (Vp) и пределом прочности мраморов на одноосное сжатие (<£>C»J. Исследования проводились на образцах размером 5x5x5 см с применением ультразвукового дефектоскопа УК-ПП.

Параллельно с акустическими измерениями проводились измерения предела прочяооти мрамора на одноосное сжатие ((§«<) на тех же образцах согласно ГОСТ 21153.3-75 с использованием электрогидравлического пресса Ш-50 с рабочим усилием 50 т. Следует отметить, что все образцы мрамора исследовались в 3 плоскостях. Результатом исследований было построение векторной диаграммы анизотропии мрамора, которая дает возможность в конкретных условиях эффективно использовать как горнодобывающее, так и перерабатывающее оборудование.

На основании ахустичеоких исследований мраморов было установлено, что средняя прочность мрамора в вертикальном направлении (согласно залеганию пласта полезного ископаемого) составляет 16 МПа, в диагональном - 66 МПа и в широтнс 50 МПа, «о обуславливает возможность применения камнерезных машин при разработке мраморных месторождений Республики Афганистан.

С целью определения объемов работ по вскрышным породам и полезному ископаемому бит проведены исследования режима' г горных работ-для одного из участков месторождения Азари-Багаль с использованием метода косых проекций академика В.В.Ржевского. Исследования показали, что до глубины разработки данного участка в 50 м объемы мрамора составляют порядка 102 тыс.м3, что достаточно для эксплуатации карьера на ближайшие десять лет. Следует отметить, что объемы по вскрыше в данном случае не играют роли, так как вскрышные породы могут использоваться для переработки на щебень на Кабульском домостроительном комбинате.

Как было установлено, прочность мрамора на одноосное сжатие месторождения Азари-Багаль составляет 66 МПа. Поэтому на эырезке блоков мрамора могут применяться камнерезные машины как с кольцевыми фрезами, так и с даровым инструментом.

Технико-экономический расчет и сравнительный анализ работы добычного оборудования проводится по расчетной удельной себестоимости распиленной поверхности. Расчеты проводим по следующей зависимости, выведенной для данного случая:

н -и В в 1

ще р - полная себестоимость распиловки I м^ мрамора; Р, - объем капитальных вложений, руб.; | - коэффициент амортизационных расходов; 1г - реальное время работы в часах в течение года; Ъ - часовая производительность камнерезной машины,м2/ч; £ - стоимость потребляемой электроэнергии, руб/ч; Т - стоимость оплаты обслуживающего рабочего персонала, руб/ч; - стоимость израсходованной воды, руб/ч; р! - стоимость, зависящая от факторов, пропорциональных распиленной поверхности (стоимость инструмента, эксплуатационные материалы и др.). Результаты расчета технико-экономических показателей работы камнерезных машин приведены в табл.1.

Таблица I

Технико-экономические показатели работы камнерезных машин

Показатели

! Синица ! измерения

Марка камнерезной машины Т

СМР-028} а.1Р-076| КМХ-2

Т-ЗОУН

р, руб. 95000 150000 350000 1200000

р 0,12 0,12 0,2 0,2

и ч 4С50 4050 4050 4050

ъ т2/ч 1,3 2,0 2,0 2,5

с руб/ч 1,92 2,5 4,1 2,5

т руб/ч 10 5 5 5

V/ РУ.б/ч - 0,6 0,6 0,9

руб/ч 6 10 150 240

р руб/м2 17,32 16,27 163,54 267,06

Как видно из табл.1. , минимальная себестоимость

о

I и пропила мрамора составляет у баровой машины СМР-076. Кроме того, у данной машины по сравнению о камнерезной машиной с кольцевой фрезой СМР-028 имеется преимущество - она может вырезать блоки 1-й категории.

Поскольку для работы камнерезных машин, в том числе и баровых, необходимо иметь горизонтальные площадки, были проведены исследования по определению объемов вскрышных пород, потерь мрамора при разработке месторождения с производительностью карьера 10 тыс.м3 блоков в год. Бшга рассмотрены и проработаны четыре варианта разработки месторождения: I - длина начального фронта работ в карьере составляет 200 м; П - длина начального фронта работ составляет 50 м, отработка осуществляется с высотой уступа по 8,4 м, Ш - длина начального фронта работ составляет 50 м, высота уступов для вырезки блоков -2,5 м; 17 - -дина первоначального фронта добычных работ сос- -тавляет 50 м, высота уступа -1м.

Для месторождения мрамора Азари-Багаль характерны следующие показатели:

- размер залежи Вп.и. х ¿п.и. (ширина, длина);

- крутопадающий пласт полезного ископаемого залегает под углом J1 ;

- угол уклона косогора fó ;

- длинная ось залежи направлена под углом оС к сечению склона горизонтальной плоскостью.

Для обнажения пласта полезного ископаемого до горизонтальной площадки необходимо произвести горные работы вдоль оси пласта мрамора длиной, обеспечивающей фронт работы камнерезной машины, и шириной, позволяющей обработать на данном горизонте полную горизонтальную мощность залеэд с учетом создания. вертикального откоса уступа для его разработки.

ГЪризонтальная поверхность, делящая залежь полезного ископаемого на верхнюю - призматическую и нижнвд - параллелог-рашую части (плоскость, в которой лежит эта поверхность, назовем расчетной), характеризуется размерами (рис.1):

илиссвс ть

рЯГЧУГНоа < гмоеерсть

у. > /У

■л

ЛГУпот

ЛГВ,

и.

- ч

Рис Л. Ортогональные сечения карьера: а - продольное; б - поперечное

Вр= в п-м + Нп-м (с1эЯ'+<Н9<П ; Ер = Еп-и. + Нп.и. .

Ир«-,

сър-сщ-согсх. - ызг.'а.-пос'со$<х-

ще Нп.ц- глубина разработки залежи, Ип*.= 50м;

К - задний угол откоса выемки, который образуется за счет . внедрения рабочего органа рыхлителя на заданную глубину, а *С - боковые углы откоса выемки;

й и'^' - реальные углы откоса выемки, которые соответственно равны проекциям углов й и Т на вертикальные пло-кости.

Размеры и местоположение поверхности верхнего из выделенных горизонтов (нулевая плоскость, рис.1) в рассматриваемом случае равны.

Во = Вп.и. + (Нп и + Н»)(с<9У+с*Э<?) = Вр*И-»(с,9У+сЫ) ;

Ъ> = £ми+(Ип.« + »

где Ем и - минимальная длина фронта работ на одну камнерезную машину (минимальная длина обнажения участка мрамора).

Для определении Но (рис.1) заметим, что: £о = Рр - Но - С^оС + НоС<9<С' =?„м+(Ип К ♦Н»)«^'

ияи Еп.к.ч Н„и. с1зТ'-Но(с^ф + с^.с^доС) + =

= Ьмм

.___£<1И__Г fn"________

откуда Hfl = ^ 4 с1зоС

где I/1 - проекция угла ß на вертикальную плоскость.

Для обнажения первоначальной горизонтальной плоскости необходимо извлечь объём породы Л/о (рис.1), который равен:

v _ (2о + до rtyx) ___taoc. g,;».oC__

Vo ~ б ' «gpicigu со?,^с c\f)<r пчл

При подготовке мрамора к выемкг в объеме

V„ - £„ „i . Впи I hi . tf (Щв ^ _ высота добычного уступа) необходимо дополнительно извлечь вскрышных пород в

при этом потери мрамора составят

~\г ■ Сл«1 ■ 3л и i З

Для подготовки дсЗычи мрамора на горизонте необходимо дополнительно разрыхлить и извлечь объемы вскрыши Viy i> ^ , V^p-г. и "Vag Р 1 (рис.1), которые сгответственно равны:

V^p. = Lui . hi (H»ui- ±Ь.)(с1эХ*с1эЗ) , м3;

Л£арг = B„i. ft. (L -Ju^gf), M3;

г 2 г

Используя приведенные аналитические выражения, в результате расчётов были получены данные по объемам горной массы и потерям мрамора в зависимости от длины фронта добычных работ и высоты разрабатываемых уступов (табл.2).

Таблица 2

Показатели объёмов горной массы и потерь мрамора в зависимости от длины фронта работ и высоты уступа

Показатели

йбр. на1 ~

200 м; п. = I: к = г;5

; £р1

<р Ш*2 —

! — | Ефр• НП2.

50м; ¡50 м; | 50 м; п. = 3; ) а = 10; п- = 25;

£ = 8,4м| К ш 2,£м | а. = i м

Суммарный объем горной массы, з

м

в том числе:

- вскрчша

- полезные ископаемые

- потери мрамора

Объем горно-гтро-ительных работ,

м3

689514

612337 10000 61177

661118

685993

608985 60208 16800

127845

683637

693726

607223 621132

68493 72726

7921 5866,5

127845 127845

Проведенные исследования показали, что соответственно вариантам объемы по вскрышным породам составляют: 612,3; 609,0; 607,2; 621,1 тыс.м3, а потери пфамора - 61,2; 16,8; 7,9: 5,9 тыс.м3. Следовательно, месторождение необходимо разрабатывать с подготовкой уступа высотой 2,5 м и начальным фронтом работ 50 м с учётом использования на вырезке блоков баровой машины СМР-076.

Объемы вскрышных работ предполагается отрабатывать посредством механического рыхления (рыхлитель Т-500) с дальнейшей отгрузкой ;:х экскаватором ЭО-6122 типа прямой лопаты в автосамосвалы КрАЗ-2566 и транспортировкой на дробильно-сортиро-вочный завод для переработки на щебень.

Для добычи 10 тыс.м3 блоков мрамора необходимо применить

три баровые камнерезные машины СУР—076. Для выполнения раоот по механическому рыхлению вскрышных пород потребуется один рыхлитель марки Т-500. 1

Добытые блоки в объеме 5 тыс.м3 транспортируются для переработки на плиты в каынеобрабатывающий цех. При выбора оборудования для распиловки блоков мрамора на плиты на окантовке, шлифовке и полировке плит рассматривались два варианта: I вариант: распиловка блоков - штрипсовый станок СМР-03^;

окантовка плит - прододьно-окантовочный станок конвейерного типа СМР-038; шлифовка и полировка плит -шлифовально-полиров;.льный конвейер СМР-036; П вариант: распиловка блоков - ортогональный станок СМР-072; окантовка плит - поперечно-окантовочный станок конвейерного типа СМР-039; шлифовка ч полировка плит - шшфовально-полировальный станок конвейерного типа СМР-006.

Технико-экономичеокое сравнение данных вариантов оборудования (в которых были учтены затраты на зарплату, электроснабжение, систему водоснабжения и очистки стояных вод, транспортировку блоков и готовой продукции и др.) показало экономическую целесообразность выбора оборудования по первому варианту.

Таким образом, для разработки мраморных месторождений Республики Афганистан предлагается технология отработки их уступами высотой 2,5 м о применением баровой камнерезной машины СМР-076 с-вырезкой блоков размерами 2,5 х 1,4 х 1,4 м.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований дано новое решение актуальной научной задачи обоснования технологии разработки мраморных месторождений на блочный каг^нь с учетом условий залегания, физико-технических свойств пород при максимальном эффекте добычи блоков и их переработки на плиты.

Основные научные резуль аты, выводы и рекомендации заключаются в следующем:

1. Предложена поэтапная технология разработки мраморных месторождений, цри которой значительно сокращаются потери мрамора.

2. Ультразвуковые и механические исследования образцов горных пород показали, что предел прочности мрамора на одноосное сжатие составляет: в вертикальном направлении до

16,0 МПа;в меридиональном- до 86,0 МПа; в широтном - до 50,0 МПа.

3. Исследования режима горных работ на участке месторождения Азари-Багаль до глубины 50 м показали, что объем вскрышных пород на исследуемом участке составляет 186,1 тыс.м3, а объем полезного ископаемого - мрамора - 102,5 тыс.м3.

4. Принимая во внимание горно-геологические условия за-легантя мраморных месторождений Республики Афганистан,их разработку следует вести с первоначальной длины фронта добычных работ 50 м; при этом значительно уменьшаются потери мрамора.

5. На вскрышных работах при разработке месторождений следует использовать мощные рыхлители на базе трактора Т-500.

6. Дня подготовки блоков мрамора к выемке рекомендуется использовать баровые камнерезные машины СМР-076, при этом высота разрабатываемых уступов мрамора должна быть 2,5 м, а размеры вырезаемых блоков 2,5 х 1,4 х I," к.

7. При переработке мрамора на плиты с полировальной фактурой следует применять комплект оборудования: на распиловке блоков - штрипсовый станок СМР-032А; на окантовке - фрезеровке плит - продольно-окантовочный станок конвейерного типа СМР-038; на шлифовке - полировке плит - шлифовально-полиро-вальный конвейер СМР-006.

8. Расчетный экономический эффект от предлагаемого варианта разработки месторождения (начальная длина, фронта работ на добычном уступе 50 м, высота уступа 2,5 м) составляет 2,83 млн.афгани.