CC BY
17
- каммераспиловочные станки с дисковыми пилами, армированными алмазными сегментами абразивными режущими элементами, скомпонованные в ортогональные, многодисковые од-| двухъярусные камнсраспиловочные станки;
- камнсраспиловочные станки с канатным режущим органом; станки могут быть олноканат-I или многоканатными.
При составлении предложенной классификации основное внимание уделено вариантам для эдетва наиболее массовой продукции камнеобрабатывающих предприятий. Предпочтение отдается вариантам с организацией поточного процесса обработки природно-щовочного камня, предусматривающим непрерывность выпуска готовой продукции. Предложенная квалификация не является исчерпывающей, так как не распространена на мелких технологических схем, происхождение которых трудно заметить в процессе эдетва отдельных изделий из камня - например, с глыбы неопределенной формы, с которой :я оригинальная скульптурная группа или замысловатое высокохудожественное изделие «кального камня.
Правильный подбор технологический схемы обработки камня - это тоже искусство, которым владеет не каждый соприкасающийся с природным камнем. И даже, когда речь идет о аростейших изделиях из камня, истинный художник по камню выберет из общей массы монументальные художественные изделия и сосгавит из них цельную художественную картину...
ПРОБЛЕМЫ УСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВ КАРЬЕРОВ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ПРИРОДНОГО КАМНЯ
ЮМА ГУЖИ// А. Р. Уральская государственная горно-геологическая академия
В современных условиях рыночной конкуренции разработка месторождений строительных х пород должна базироваться на передовых достижениях науки по извлечению камня, дос-иях в транспортном и обрабатывающем оборудовании с обеспечением безопасности работ, ным условием безопасного веления горных работ является устойчивость бортои и уступои ичивающим критерием по устойчивости бортов при выборе карьерного способа отработки
я структурное геологическое строение, а также гидрогеология месторождения. Уступ - один из важнейших элементов при открытой разработке месторождений природно-камня. Разработка месторождений по добыче блоков природного камня в отличие от разработки ых, рудных месторождений и других полезных ископаемых, характеризуется рядом осо-й. Разработка осуществляется открытым способом, как правило, вертикальными уступа-и должна обеспечивать сохранение прочностных свойств и декоративных качеств пород: цве-текстуры. структуры.
Для карьеров природного камня высота уступа играет важную роль в добыче качественного . Например, выемка трещиноватых блоков мрамора высокими уступами позволяет сохранить •дную монолитность камня в процессе отделения блоков от массива. Система разработки с пами с повышенной высотой 5-12 м позволяет (кроме сохранения целостности добы~ых бло-) вырезать слои требуемых размеров в процессе разделки монолитов на блоки. Однако с увели-м высоты вертикального уступа возрастает опасность его обрушения.
Мировой опыт использования технологии огработки высокими уступами подтверждает его экономическую целесообразность. Например, в США по аналогичной технологии разрабатывается аесторожденис розового мрамора «Марбл Дистрик», в штате Теннеси [1]. При работах с низкими «лу пами отработка месторождения была нерентабельной. Продуктивный слой имеег мощность от 15 до 21 м. В этом слое расположено от 6 до 8 видов мраморов по цветовой гамме. В настоящее етмя карьер работает на глубине 24 м с усту пами высотой от 9 до 12 м. Безопасность работ обеспечена за счет исключения опасных зон из карьерного пространства.
Цель исследований месторождения есть повышение эффективности и безопасности разработки Першинского месторождения мраморизованиых известняков определением оптимальной шеоты уступа. Этого можно достичь, решая следующие задачи: определение элементов тектони-
чески разрушенных зон; принятие показателей физико-механических свойств пород; расчет устойчивости уступов. Инструментом дли решения этих задач будут натурные эксперименты, компьютерное моделирование и теоретические методы.
Условные о&озноиения
I- оосчгтно«
Л-7 - ооянои»» />»»«'
- комти» иооьсоо м> гООЗ г.
- ооз»г*о«м»» С*(*в>инм. ИХ мон#оо и ясолоч«» ОТНФТКИ
у
ЛОМО СЛОИСТОСТИ
у
•7 - тоько скег^и »чостмо иоссижо |» . |Са,РД." иэвгетковм* ю»«*, полеоэе*
' ив^отмлш
СПСвЛ<- иалгсти»««и темно-с»РЫ» Г— ЬсьС^- мметмми ситло-с««»»
- ЮНО и»»естмви0в
Рис. I. План Першинского месторождения мраморизованных известняков
Псршинское месторождение мраморизованных известняков расположено в Реже веком районе Свердловской области в 10 км на северо-восток от города Реж и в 0,5 км южнее деревни Перши но на правом берегу излучины р. Реж. Оно приурочено к Рсжсвской зоне покровов с пластинами серпентинита и мраморизованного известняка и полосами меланжа с востока на запад. К востоку покровно-чешуйчатый надвиг с преобладанием осадочной части. Размеры месторождения составляют 700x250 м, а площадь 17,5 га. Горный отвод размещен в переходной зоне от серпентина к осадочным породам. Местность в долине реки Реж характеризуется сглаженными формами рельефа. Абсолютные отметки колеблются в пределах 177,0-184,5 м. Река Реж является основной водной артерией района. Ширина долины реки составляет 0,5 км, русла - 50 м. Полезная толща месторождения включает только три разновидности мраморизованных известняков: светло-серые
>й текстуры, темно-серые с прослойками углисто-карбонатного вещества, известняковые красновато-бурого цвета. Для устойчивости бортов и уступов карьеров важное значение имеет генезис месторожде-и в каких условиях формировалось месторождение на своем начальном этапе, а также его гнное состояние.
Известковая толща пород, по данным геофизиков, имеет аллохтонное залегание и привие-I с востока, где она образовалась в результате отложения в морских условиях грабена \2]. Про-серемещения аллохтона сопровождался тектоническим дроблением, складкообразованием и жзацией. Процесс образования осадочных пород происходил по схеме: отложение и на-продуктов. Отложение известковой толщи проходило в верхнем палеозое или «¿рбоне. В ктатс перемещения породы карбона залегают на серых известняках девона. Особенностью город является выраженная слоистость как результат постепенного осаждения продуктов из-IX минералов с их последующим дополнительным расчленением параллельно слоистости I углом к ней. В период современного этапа формирования месторождения осадочная известко-1ща приобрела наклонное залегание иод углами 50-70°. Действенным способом изучения массива является фотографирование поверхностей обна Автором работы с помощью фотографирования проведена съемка структурно-веских элементов строения массива на выбранных уступах карьера. Целью съемки было «ровать следующие элементы массива: трещины и нарушения, морфологию, заполнитель и контактов, густоту трещин, оценить блочность массива. Изучение произведено для каждо-мссторождения с привязкой фотоснимков к плану карьера (рис.!). Все результаты сведе-,табл. 1,2.
Таблица I
Исследование сфуктурь. массива Северного борта карьера
"очка съемки Описание структуры но фото1рафии
1 Замечены трещины крутого паления по углом 70°
2 Регулярно встречаются трещины
3 Горизонтальные трещины с неровными поверхностями
4 замечена залеченная кальцитом трещина с падением на запад, угол наклона 45-50°, протяженная
5 Обнаружена необозначенная зона, разрушенная, состоящая из среднеблочных пород, с размерами блоков 20-30 см в поперечнике, с падением блоков в массив под углом 70°. Это четкая сдвиговая тектоническая зона, с углом падения 90° с субширотным простиранием. Обнаружена плоскость нарушения пород с субвертикальным падением.
7 Проявление тектонической зоны, разделяющей нарушенную и ненарушенную. Участки массива.
8 Прослеживается фрагмент тектонической зоны
Структурно-тектоническое строение массива определено по результатам проведенных на-:ний, затем по этим данным было выполнено построение структуры массива с выделением нарушений в прибортовом массиве. Эти зоны являются ограничением для устойчивости бор-карьеров. Так, на западном участке борта обнаруживаегся неявная зона нарушения. В эту зону гны известняки комковатой структуры: от черного до темно-серою цвета. Зона ослабления в >м борту имеет большую протяженность по простиранию, то есть она прослеживается на на всем протяжении месторождения. Вероятно, это структура регионального плане, и пред-собой тектонически раздробленный породный массив мощностью от 10 до 20 м. Прибор-массив дезинтегрирован грещиноватъм участком, здесь также представлены редкие гори-иьные, субгоризонгальные, субвертикальные трещины. Основная часть трещин имеет паде-согласное со слоистостью. Этот участок борта был подвижным и в современную геологиче-эпоху. На этот факт указывает гематизация субвертикальных трещин. По своему деформа-<ному характеру сдвига эта тектоническая зона является надвиговой. Надвиговые процессы уж к сильному сжатию структуры, в результате образовались опрокинутые свиты известко-толщ. Наклон поверхности разрыва преимущественно пол углом 70°. В висячем крыле надви-
говой зоны залегают известняки Са^^Л датированные этим же возрастом, что и подегилг Са2С|1|'. Последнее означает, что в процессе тектонической деформации структуры, ве[ произошло сдваивание одной и той же свиты. Поскольку тектоническая зона имеет падение в сив пол углом до 70°, то на устойчивость западною борта она влияет незначительно.
Та
Исследование структуры массива Восточного и Южною боргов карьера
Точка съемки Описание наблюлений
12 Наблюдается тектонические узлы - часть массива с сильноразбитыми трещинашсЯ повторение узлов через каждые 20 м; есть горизонтальные палеополвижки участка. 1
13 Протяженная горизонтальная трещина, плотная. Результатом ее проявления являе-^1 ся брекчированис массива. Интенсивность вертикальных трещин черп 0,3 игт/ 1 о! м.
14 Обнаружена нарушенная зона. В массиве наблюдаются некондиционные участки с! трещинами отрыва в направлении с-ю и трещины сдвига в направлении з-в. Грсюр-Ш ны порождены горизонтальной трсщиноватостью. Первичные трещины - гориэоа-1 гальные. вторичные - вертикальные с интенсивностью трсщиноватостн 1 шт/ 1п. ы 1
16 Трещиноватый массив с интенсивностью трсщиноватостн 1 шт/ 1п. к; эмбриона**-1 ная зона смятий, залеченная карбонатным материалом темно-светлого цвета.
17 Множество отрывных трещин, приуроченных к горизонтальной тектонической » 1 не; интенсивность трещиноватости 1 шт./1п. м.. большая часть трещин залечена. Гсматизация поверхности трещин. Сдвиговые трещины ограниченной протяженно-1 сти.
Висячий бок промышленной юны (восточный борт) подстилают слоистые из« СадС^Л образованные в нижнем карбоне. По структуре они имеют слоистое строение, с м< стью одною слоя до I м. При создании поверхности обнажения она может быть потенциально! устойчивой. Визуальные наблюдения, проведенные на двух верхних горизонтах карьера, пс ли уточнить параметры этой зоны: ее общая мощность составляет 20 м. Зона залегает на тс» чески раздробленном массиве известняков СагС^1. Трещины отдельности на этих участках сива выполнены углистым веществом и карбонатами. Промышленная часть восточной зоны сторождения представлена в виде тектонических узлов на удалении 20 м друг от друга с раз« трсщиноватостью. Вертикальные раздвиговые трещины в узловых зонах образованы всле; пологих перемещений по ранее имеющимся структурам.
Природный массив восточного борта является более ослабленным по сравнению с др\ бортами. Расчет устойчивости этого борта дает представление об устойчивости других бортов.
Проведенное детальное изучение строения северного борта позволило выделить сдвиг тектоническую зону, с углом падения 90°, возможно, сформированную по деструктивным нам. Этот участок включает ряд коротких залеченных трещин. Трещины, имеющиеся в масс и растяжения с крутым углом падения не оказываю! существенного влияния на устойчивость.
В результате проведенных выше исследований на данном месторождении с точки зрения тойчивости бортов и качества добываемого блочного камня следует исключить из промышлея ных запасов тектонически раздробленные участки. При постановке бортов в конечное полоя в прибортовом массиве не должно быть трещиноватых участков, этого требуют и экономь соображения, поскольку некондиционный участок «неинтересен» по выходу кондиционных ков.
Еще олин важный фактор в ограничении карьерного пространства - гидрогеологические ловия. Важно, чтобы нарушенная зона выходила на поверхность. То есть разуплотненные тектонические зоны не должны выходить в карьерное пространство, поскольку все поверхностные вол будут дренировать в карьер со сравнительно небольшой глубины. Дренирующая вода является слабым растворителем известняка и будет способствовать ухудшению физико-механических характеристик в пределах тектонической зоны.
V
в/
-уЧг
1в-1яя детальную и общую картнну строение лриборювых массивов, становится воз-сделать их структурный прогноз на глубину, и по этим данным рассчитать параметры i, а также выполнить прогноз устойчивости с углублением карьера, устойчивости очень важны физико-механические свойства пород и структурные ослаб-, Характеристики физико-механических свойств пэрод массива взяты из справочника. Ха-1ки зон нарушений взяты по аналогам с других месторождений, которые проводила ла-i устойчивости бортов карьеров ИГД УрО РАН,
эксплуатации рудных месторождений с прочными |ими породами подтверждает, что разрушение массива благодаря плоскостям ослаблений. Поэтому ослаб-с соответствующим их падением были взяты в расчет i. Для расчета устойчивости бралась не традици-счема, которая требует рассмотрения вариантов говерх-i скольжения исходя из геометрии борга и средней интен-f трещиноват ости, а рассматривался частный случай задачи, когда прочность пород является высской, и обрушение может быть вызвано только природными 1ями. Расчет ведется по состоянию устойчивости фак-плоскостей трещин. Коэффициент >апаса устойчивости (кту), выражающий соотношение между сдвигающими
■ ми по вероятной поверхности скольжения от веса породной призмы и удерживающими |ми, является своего рода параметром, характеризующим устойчивость участка массива, «ческий расчет коэффициента устойчивости проведен с использованием аналогов угла и сцепления по контактам, на основе морфологии поверхности швов для наихудшего вари-На рис. 2 представлена схема расчета устойчивости уступа. Расчсг устойчивости произведен варианту разработанной зависимости, когда трещина непосредственно выходит в карьер. В случае коэффициент запаса устойчивости определяется как соотношение сил сцепления по к силам сдвига по ко1ггакту. Математическое моделирование коэффицие»гта запаса ус-ги уступа к,у от обрушения но трещине рассчитано следующим образом:
0.5• у• ctgO• cosO tg<p (h^)+ -г'-• hy у _ 1_ Sin о
3У 0 5 • у • cosO • h2
Рис. 2. Расчетная схема к определению устойчивости уступа для наихудших условий
•уст
к»
у - объемная плотность, т/м3; 8 - угол падения слоисгости, град; <р( - угол трения по контакту, ; с| - удельное сцепление, МПа; И^ - высота уступа, м. Математическая модель показывает, что даже при неблагоприятном падении слоистости в р (0=70°) на восточном борту возможно увеличение уступов до Юм. Воздействие воды ос-контакты породных блоков. Поэтому в расчетах учитывается изменение значения сцепле-(с) во времени. Результаты расчетов при длительном стоянии массива (С|= 0.05 МПа) пред-лены в табл. 3. В этом случае установлена предельная высота уступов до 10 м при коэффици-запаса устойчивости .3. Результата расчетов для условий короткого стояния массива |С|= 0,05 МПа) представлены в табл. 4. В этом случае устойчивость уступов обеспечивается при любой высоте уступа.
Устойчивость восточного борта подтверждена расчетами, поэтому устойчивость других бортов должна быть обеспечена. Таким образом, решена частная задача для наихудшего варианта. Подобный способ решения можно использовать при разработке других месторождений природного камня. Тогда общая схема решения может выглядеть так:
- изучение геологии и генезиса месторождения;
- наблюдение обнажений породного массива на карьере;
описание структурно тектонического строения массива на выделенных участках (непосредственным наблюдением или фотографированием);
- выбор схемы расчетов и параметров физико-механических свойств;
- расчет оптимальной высоты уступов и бортов и установление параметров карьерного поля с учетом тектонической раздробленности массива;
- принятие решения о параметрах.
Моделирование коэффициента tanaea устойчивости уступа при С|=0,05
У 0 <Pi С|
0.026 70.000 20,000 0,050 1,000 12.100 (
0,026 70.000 20,000 0,050 2,000 6,116
0.026 70,000 20.000 0.050 3.000 4.122
0.026 70,000 20.000 0,050 4.000 3.124
0.026 70.000 20.000 0.050 5,000 2.526
0.026 70,000 20.000 0.050 6.000 2.127 1
0.026 70,000 20.000 0.050 7.000 1.842
0.026 70,000 20.000 0.050 8,000 1.628
0.026 70,000 20.000 0.050 9.000 1.462
0,026 70.000 20,000 0.050 10.000 1,329
0.026 70.000 20.000 0,050 11.000 1.220
0.026 70.000 20.000 0,050 12,000 1.130
0,026 70.000 20.000 0,050 30.000 0.531
0.0026 70,000 _____20,000 0.050 50.000 0,372
Моделирование коэффициента запаса устойчивое!и уступа при с,=0,5
20.000
20,000
70.000
30,050
0.026 0,026
70,000
S.000 6,000 7,000
20.000
20.078
20.000
0,026
0.026
70,000
20.000 20,000
70.000
0,026
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
I. Lance P. Meade Dimension Stone: Friendsvillc Quarry/. Open Pit' Mining Engineering Handbook. Colorado. Littlton, 1992. P. 1400-1404.
? Соколоя В.Б. !1окровио-налви1х>ьое строение земной коры Урала и его значение для металлогении // Металлогения складчатых систем с позиций тектоники плит. Екатеринбург. 1996. С. 102-112.
