Безвзрывной способ отделения крупноразмерных гранитных блоков от массива
NON-EXPLOSIVE METHOD FOR SEPARATION OF LARGE-SIZE GRANITE BLOCKS FROM AN ARRAY

Техническое решение относится к горному делу, а именно к безвзрывным способам отделения блоков от массива высокопрочных пород природного камня и предназначен для отделения крупноразмерных гранитных блоков от массива.
Известен способ отделения блоков от массива, в котором используют комбинацию термического резания торцевой щели с отделением блока с помощью невзрывчатого расширяющего средства (НРС) [Карасев Ю.Г., Бакка Н.Т. Природный камень, добыча блочного и стенового камня: учеб. пособие. – С. Петербург, Горн. ун-т, 1997, 206с.]. Способ предусматривает образование трех плоскостей обнажения блока, разметку вертикальных щелей параллельно направлению развития поперечных трещин, термическое резание щели и бурение строчки шпуров в горизонтальной и вертикальной плоскостях, определяющих направление развития продольной вертикальной и пластовой трещин для заливки в рабочие шпуры НРС. Через несколько часов (обычно 6-24 ч. в зависимости от температуры окружающей среды) от статического самонапряжения НРС происходит откол монолита от массива.
Общим признаком аналога и заявляемого технического решения является следующий: бурение строчки шпуров в вертикальной плоскости, определяющей направление развития продольной вертикальной трещины.
Недостатком известного способа является невысокая производительность отделения блока вследствие большой продолжительности твердения НРС (6-24ч) и трудозатраты на образование торцевой щели термическим резанием.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ добычи монолитных блоков с комбинацией термического резания и клинового расклинивания [Карасев Ю.Г., Бакка Н.Т. Природный камень, добыча блочного и стенового камня: учеб. пособие. – С. Петербург, Горн. ун-т, 1997, 206с.], который предусматривает образование трех свободных плоскостей, пластовой трещины, образование термическим резанием одной вертикальной торцевой щели перпендикулярно фронтальной плоскости уступа, бурение во второй вертикальной плоскости строчки шпуров диаметром d, размещенных с шагом A < (5-12)·d, и глубиной, равной высоте H блока, шириной В, размещение в рабочих шпурах гидроклиновых устройств, которыми отделяют монолит от массива.
Общими признаками прототипа и заявляемого технического решения являются: бурение в вертикальной тыльной плоскости на расстоянии ширины В блока и параллельно фронтальной плоскости уступа строчки шпуров диаметром d, размещенных с шагом A < (5-12)·d, и глубиной, равной высоте H блока, выбор из строчки шпуров рабочих шпуров для размещения в них клиновых устройств, при этом расположение рабочих шпуров друг от друга определяют, исходя из площади начальной трещины, образованной от одного забитого в рабочий шпур клинового устройства, размещение в рабочих шпурах клиновых устройств, ударное внедрение клиновых устройств в рабочие шпуры с образованием магистральной трещины в вертикальной тыльной плоскости, отделение конечных блоков.
Недостатком известного способа являются значительные трудозатраты по образованию торцевой щели термическим резанием. Снижение производительности ведения работ, относительно небольшие разрывные усилия, создаваемые гидроклиновыми устройствами при отделении крупноразмерных блоков из высокопрочных пород гранита - все это снижает эффективность способа добычи блоков в целом.
Проблема заключается в повышении эффективности способа добычи крупноразмерных гранитных блоков за счет повышения производительности безвзрывной технологии их добычи путем исключения трудоемких операций образования вертикальных торцевых щелей термическим резанием камня, как в прототипе, а также путем повышения уровня разрывных усилий, действующих на стенки рабочих шпуров от клиновых устройств, способных в ударном режиме отделять гранитные блоки большой прочности, при снижении энергетических затрат.
Проблема решается следующим образом. Предлагается безвзрывной способ отделения крупноразмерных гранитных блоков от массива, включающий бурение в вертикальной тыльной плоскости на расстоянии ширины В блока и параллельно фронтальной плоскости уступа строчки шпуров диаметром d, размещенных с шагом A < (5-12)·d, и глубиной, равной высоте H блока, выбор из строчки шпуров рабочих шпуров для размещения в них клиновых устройств, при этом расположение рабочих шпуров друг от друга определяют, исходя из площади начальной трещины, образованной от одного забитого в рабочий шпур клинового устройства, размещение в рабочих шпурах клиновых устройств, ударное внедрение клиновых устройств в рабочие шпуры с образованием магистральной трещины в вертикальной тыльной плоскости, отделение конечных блоков. Согласно техническому решению строчки шпуров диаметром d с указанными шагом А и глубиной бурят и в вертикальных торцевых плоскостях, перпендикулярных фронтальной плоскости уступа и пластовой трещине, при этом расстояние между вертикальными торцевыми плоскостями конечных блоков равно длине L конечного блока, затем выбирают из строчки шпуров в вертикальных торцевых плоскостях рабочие шпуры для размещения в них клиновых устройств, при этом расположение этих рабочих шпуров друг от друга определяют, исходя из площади начальной трещины, образованной от одного забитого в рабочий шпур клинового устройства, при этом используют клиновые устройства, в которых кольцевой выступ на его рабочей части выполнен в виде усеченного конуса, размещают в этих рабочих шпурах указанные клиновые устройства и производят их ударное внедрение, причем первоначально производят ударное внедрение клиновых устройств, размещенных в рабочих шпурах вертикальной тыльной плоскости для образования в ней магистральной трещины, а затем производят ударное внедрение клиновых устройств, размещенных в рабочих шпурах вертикальных торцевых плоскостей, образуя поперечные трещины в вертикальных торцевых плоскостях для отделения конечных блоков.
Указанная совокупность признаков позволяет повысить эффективность способа добычи блоков за счет повышения производительности безвзрывной технологии добычи блоков камня путем исключения трудоемких операций образования вертикальных торцевых щелей термическим резанием камня, как в прототипе, а также за счет повышения уровня разрывных усилий путем ударного действия на стенки рабочих шпуров от указанных клиновых устройств, что позволяет отделять от массива гранитные блоки большой прочности.
Повышение производительности безвзрывной технологии добычи блочного камня достигается путем создания поперечных трещин в вертикальных торцевых плоскостях разрывными усилиями на стенки рабочих шпуров путем ударного внедрения клиновых устройств, размещенных в рабочих шпурах вертикальных торцевых плоскостей.
Способность отделять от массива гранитные блоки большой прочности обеспечивается за счет ударного внедрения клиновых устройств, размещенных в рабочих шпурах в вертикальной тыльной и вертикальных торцевых плоскостях, что создает большие разрывные усилия на стенки рабочих шпуров. Использование клиновых устройств обеспечивает образование и развитие начальной трещины вдоль строчки шпуров. Развитие начальной трещины и образование магистральной и поперечных трещин вдоль строчек шпуров достигается за счет выполнения в этом устройстве кольцевого выступа в виде усеченного конуса на рабочей части клинового устройства и обеспечения этим клиновым устройством определенной величины раздвижения берегов указанных трещин из рабочих шпуров. Как показала практика, клиновые устройства другой конструкции не обеспечивают образования магистральной трещины без выхода ее на фронтальную плоскость уступа, то есть магистральная трещина уйдет в сторону от строчки шпуров. При этом последовательное ударное внедрение клиновых устройств, размещенных в рабочих шпурах, когда первоначально внедряют клиновые устройства, размещенные в рабочих шпурах вертикальной тыльной плоскости для образования в ней магистральной трещины, а затем производят ударное внедрение клиновых устройств, размещенных в рабочих шпурах вертикальных торцевых плоскостей для образования в них поперечных трещин, обеспечивает меньшие энергетические затраты для образования указанных трещин.
Целесообразно расположение вертикальной тыльной плоскости от фронтальной плоскости уступа выбирать в пределах ширины В=(40-50)·d блока, расстояние между вертикальными торцевыми плоскостями выбирать в пределах длины L= (60-70)·d конечного блока, расположение рабочих шпуров в вертикальной тыльной плоскости – на расстоянии 0,5·L от вертикальной торцевой плоскости, а расположение рабочих шпуров в вертикальных торцевых плоскостях - на расстоянии 0,5·B от фронтальной плоскости уступа.
Такие соотношения параметров, как показали эксперименты, обеспечивают величину площади откола на одно клиновое устройство не менее величины площади одной грани блока, образованной при отделении от массива в вертикальных тыльной или торцевой плоскостях, тем самым исключаются трудозатраты на установку дополнительных клиновых устройств и обеспечивается повышение производительности процесса отделения блоков и конечных блоков и, как следствие, повышается эффективность.
Сущность технического решения рассмотрим на примере технологической схемы слоевого отделения крупноразмерных гранитных блоков от массива – отделяемый блок от массива (первоначальный) имеет торцевой размер, равный размеру конечного блока, при этом ширина и высота заходки равны ширине В и высоте Н конечного блока, а длина заходки кратна его длине L. Пример реализации способа иллюстрируется схемами, где: на фиг. 1 показана схема бурения строчек шпуров в вертикальной тыльной и вертикальных торцевых плоскостях; на фиг.2 – схема расположения клиновых устройств в вертикальной тыльной плоскости и образование в ней начальной трещины при забивке в рабочий шпур центрального клинового устройства; фиг.3 – образование магистральной трещины в вертикальной тыльной плоскости с выходом на свободную поверхность вертикальной торцевой плоскости; на фиг.4 – результат отделения конечных блоков от массива при полной забивке клинового устройства в рабочий шпур вертикальной торцевой плоскости.
Предлагаемый способ реализуют следующим образом. В массиве 1 (фиг.1), в котором присутствует пластовая трещина 2 природного происхождения, производят бурение в вертикальной тыльной плоскости параллельно фронтальной плоскости уступа массива 1 строчки шпуров 3 диаметром d, размещенных с шагом A < (5-12)·d, и глубиной, равной высоте H блока, и в вертикальных торцевых плоскостях, перпендикулярных фронтальной плоскости уступа и пластовой трещине, строчек шпуров 4, 5 диаметром d, размещенных с шагом A< (5-12)·d, и глубиной, равной высоте H блока. Вертикальную тыльную плоскость располагают на расстоянии ширины В = (40-50)·d блока от фронтальной плоскости уступа, вертикальные торцевые плоскости - друг от друга на расстоянии длины L= (60-70)·d конечного блока. Выбирают из строчки шпуров 3 рабочие шпуры 6 (фиг.1), находящиеся на расстоянии 0,5·L от вертикальной торцевой плоскости, для размещения в них клиновых устройств 7, 8, 9 (фиг. 2), при этом расположение рабочих шпуров 6 друг от друга в вертикальной тыльной плоскости определяют, исходя из площади начальной трещины 10, образованной от одного забитого клинового устройства. Также выбирают из строчек шпуров 4, 5 рабочие шпуры 6 (фиг.1), находящиеся на расстоянии 0,5·В от фронтальной плоскости уступа, для размещения в них клиновых устройств 11 (фиг.4), при этом расположение рабочих шпуров 6 друг от друга в вертикальной торцевой плоскости так же определяют, исходя из площади начальной трещины 10, образованной от одного забитого в рабочий шпур 6 клинового устройства. Далее, в рабочие шпуры 6 вертикальной тыльной плоскости устанавливают клиновые устройства 7, 8, 9, в которых кольцевой выступ на его рабочей части выполнен в виде усеченного конуса, и прикладывают к ним ударную нагрузку одновременно или последовательно (фиг.2). Развитие начальной трещины 10 вдоль строчки шпуров 3 достигается за счет выполнения кольцевого выступа в виде усеченного конуса на рабочей части указанных клиновых устройств 7, 8, 9 и обеспечения этими клиновыми устройствами 7, 8, 9 определенной величины раздвижения берегов начальной трещины 10 из рабочих шпуров 6. Например, сначала внедряют клиновое устройство 7 в рабочий шпур 6, при этом создают разрывные усилия на стенках рабочего шпура 6, и происходит создание начальной трещины 10 вдоль строчки шпуров 3 (фиг.2), после чего происходит ударное внедрение клиновых устройств 8 и 9, в результате образуют магистральную трещину 12 в вертикальной тыльной плоскости с выходом на свободную поверхность вертикальной торцевой плоскости (фиг.3). Затем внедряют такое же, как клиновые устройства 7, 8, 9, клиновое устройство 11 (фиг. 4), расположенное в рабочем шпуре 6 строчки шпуров 4 (фиг.1) вертикальной торцевой плоскости, происходит образование поперечной трещины 13 (фиг.4) вдоль строчки шпуров 4 и полное отделение конечного блока 14 (фиг.4) от массива 1, далее аналогично происходит отделение конечных блоков 15 и 16. Впоследствии, после отделения конечного блока 16, все операции повторяют на следующей заходке.