Обоснование параметров технологии добычи и распиловки блоков прочных пород

Калинин, Михаил Александрович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование параметров технологии добычи и распиловки блоков прочных пород
ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование параметров технологии добычи и распиловки блоков прочных пород"

На правах рукописи

( КАЛИНИН МИХАИЛ АЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 622.271

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ ДОБЫЧИ И РАСПИЛОВКИ БЛОКОВ ПРОЧНЫХ

ПОРОД

Специальность 25.00.22 - «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005

Работа выполнена в Московском государственном горном университете (МП У)

Научный руководитель

кандидат технических наук, доценч

ПТИЧНИКОВ ЕВГЕНИЙ ВИТАЛЬЕВИЧ

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор КОСОЛАЛОВ АЛЕКСАНДР ИННОКЕНТЬЕВИЧ

кандидат технических наук, доцент

ЛАРИОНОВ СЕРГЕЙ ОЛЕГОВИЧ

Ведущая организация

ФГУП «ВНИПИИСтромсырье» (г Москва)

Защита состой 1ся « 22 » июня 2005 г в ч

час на заседании

диссертационного совета Л - 212.128 04 при Московском государственном горном университете по адресу 119991, Москва, ГСП -1, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

Автореферат разослан «__» мая 2005 I.

Ученый секретарь диссертационного совета профессор, доктор технических наук

Бубис Ю В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Анализ мирового и отечественного рынков природного камня говорит о возрастании доли потребления облицовочных изделий из декоративного прочного камня В связи с требованиями рынка и значительной конкуренцией между предприятиями- изготовителями возрастает значение качества и стоимости изделий из природного камня.

С повышением прочности природною камня существенно возрастают трудоемкость и себестоимость процесса отделения блоков от массива.

Применяемые буровзрывной и буроклиновой способы отделения блоков от массива на карьерах прочных пород природного камня позволяют получать колотое блочное сырье, характеристики которого не удовлетворяют требованиям современного распиловочного оборудования (штрипсовые рамные станки) Дальнейшее совершенствование способов отделения (на основе мирового опыта добычи прочных пород) лежит в области применения алмазно-канатного пиления, позволяющего получать крупноблочное сырье с ровными поверхностями, снижая потери природного камня Вместе с тем значительные затраты на алмазно-канатное пиление сдерживают внедрение этого способа и требуют применения комбинированных способов добычи.

Поэтому обоснование выбора способа отделения при добыче блоков прочных пород природного камня, учитывающего технологические параметры добычного и распиловочного оборудования, основывающегося на экономической эффективности производства продукции на камнеобрабатывающем предприятии, является актуальной задачей. Цель работы заключается в обосновании параметров алмазно-канатного способа отделения блоков прочных пород и параметров распиловки блоков на штрипсовых станках для выбора рационального способа подготовки блоков к выемке.

Идея работы: снижение суммарных затрат на добычу и распиловку блоков прочных пород достигается за счет рациональных параметров алмазно-канатного пиления при комбинированном способе отделения блоков Научные положения, выносимые на защиту, и их новизна'

1) Установленная корреляционная зависимость производительности алмазно-канатной установки от комплексной твердости позволяет классифицировать прочные породы по эффективности их пиления алмазным канатом.

2) Использование алмазно-канатного пиления при отделении блоков от массива прочных пород обеспечивает снижение потерь природною камня в 1,8 раза по сравнению с буровзрывным способом, в 1,3 раза по сравнению с буроклиновым, в 1,1 раза по сравнению с термогазоструйным способом.

3) Методика выбора способа подготовки к выемке блоков прочных пород включает: обоснование технологических параметров работы добычного и распиловочного оборудования с у^ерод йЯЦШУ^^ОДдДОРД0СТИ> оценку

КИБЛИОТЕКА

сс о»

тъщг,

потерь природного камня и основывается на критерии чистого дисконтированного дохода при производстве слэбов.

4) Применение алмазно-канатного пиления при комбинированном способе отделения блоков прочных пород позволяет увеличить коэффициент загрузки подрамного пространства штрипсового распиловочного станка до 0,7-0,8 без применения операции пассировки. увеличить производительность распиловочного оборудования в 1,2 - 1,3 раза. При этом значение чистого дисконтированного дохода при производстве слэбов больше, по сравнению с буровзрывным и буро клиновым способами отделения блоков. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается: анализом геологической и технико-экономической информации по карьерам, разрабатывающим месторождения прочных пород природного камня, а 1акже камнеобрабатывающим заводам; использованием методов математической статистики, технико-экономического анализа; удовлетворительной сходимостью теоретических результатов расчета с данными производственных экспериментов Научное значение работы:

- установлена зависимость технологических параметров работы алмазно-канатного оборудования от комплексной твердости природного камня;

- установлена зависимость технологических параметров работы распиловочного оборудования (штрипсовых станков) от комплексной твердости природного камня;

- разработана классификация прочных пород по эффективности их пиления алмазным канатом;

предложена методика выбора способа подготовки к выемке блоков прочных пород, исходя из комплексной оценки операций добычи и распиловки;

разработана методика определения объема потерь природного камня при применении алмазно-канатного пиления блоков прочных пород.

- обоснованы комплексы оборудования при применении комбинированного способа отделения блоков прочных пород для карьеров, сгруппированных по производительности, выходу блоков из массива

Практическое значение работы. Применение методики выбора способа подготовки к выемке блоков и установленных технологических параметров работы алмазно-канатного и штрипсового оборудования дает возможность снизить затраты на производство продукции на камнеобрабатывающем предприятии. Результаты диссертационного исследования приняты к внедрению на предприятии ЗАО «МКК-Лоухи» (ОАО «Московский камнеобрабатывающий комбинат»).

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на конференциях «Неделя горняка» (2003-2005 гг), заседаниях кафедры ТО МГГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из 4 глав, введения, заключения, списка использованных источников из 63 наименований, содержит 33 таблицы, 19 рисунков

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе представлен анализ минерально-сырьевой базы Российской Федерации Выявлено, чго месторождения прочных пород широко распространены на территории Российской Федерации Мировая динамика добычи блоков природного камня показывает, что существует тенденция роста объемов добычи прочных пород

В исследованиях академиков Ржевского В В., Мельникова Н.В, Трубецкого К Н решены основополагающие вопросы развития отрасли добычи и переработки строительных материалов

Вопросам технологии разработки месторождений природного камня посвящены работы Бакки Н.Г., Карасева ЮГ, Косолапова А.И., Буянова Ю.Д., Сычева Ю И , Чиркова A.C., Бычкова Г.В , Орлова А М., Ларионова СО.

Анализ данных работ показал, что подготовка к выемке блоков в значительной степени определяет качество добываемого сырья и себестоимость продукции Применяемые в настоящее время буровзрывной и буроклиновой способы отделения блоков прочных пород отрицательно влияют на качество сырья из-за увеличения трещиноватости, нарушения геометрической правильности блоков. Всё это ухудшает эффективность работы распиловочною оборудования или гребует применения дополнительной операции пассировки. Поэтому одним из перспективных направлений добычи природного камня является алмазно-канатное пиление

Анализ работ Косолапова А.И., Першина Г Д , Бычкова Г В , Сычева Ю И., Гурова М Ю., Давтяна КД, Левковского Г.Л., Бафамяна В. А , Акопяна Р В., рассматривающих применение алмазно-канагного пиления на карьерах мягких и средних пород, показал, что данный способ уже нашел широкое применение как за рубежом, так и в Российской Федерации. Применение же указанного способа отделения блоков от массива при разработке месторождений прочных пород пока не получило широкого распространения на территории Российской Федерации, хотя за рубежом данная технология внедряется Основным недостатком данного способа, препятствующею его широкому внедрению, являются значительные затраты на алмазный канат, который подвержен высокому износу при пилении прочных пород, которые являются высоко абразивными.

В работах 11ершина Г Д., Гурова М Ю. исследован вопрос определения энергосиловых параметров работы алмазно-канатного оборудования при добыче прочных пород Разработана математическая модель взаимосвязи положения линии контакта инструмент-порода Предложен критерий

энергоемкости, позволяющий классифицировать прочные породы по трудности добычи алмазно-канатными пилами.

В работе Бакки Н.Т. приведена методика оценки потерь природного камня при использовании буровзрывного, буроклинового, термогазоструйного способов отделения блоков от массива природного камня.

В работах Ткача В Р., Назаренко С В., Сычова Ю.И., Валуева И.В., Варданяна К С, Казаряна Ж. А. рассмотрены вопросы переработки природного камня. Исследована эффективность работы распиловочного оборудования, определены режимы работы оборудования, разработаны технологические схемы и комплексы перерабатывающего оборудования.

Вопросы экономической эффективности нерудной промышленности рассмотрены в работах Ястребинского М.А.

Во второй главе предложена методика выбора способа подготовки к выемке блоков природного камня.

Исходными данными, определяющими выбор способа, являются:

• геологическая характеристика (трещиноватость массива природного камня);

• прочностные свойства природного камня (предел прочности на одноосное сжатие, комплексная твердость);

• метеорологическая характеристика района месторождения (температурный режим местности месторождения).

Методика выбора оптимального способа подготовки к выемке блоков при разработке месторождений прочных пород основывается на их сравнении по критериям' максимальною значения чистого дисконтированного дохода и количества потерь природного камня. Алгоритм расчета по данной методике представлен на рис. 1.

Исследования по пилению прочных пород алмазно-канатными установками основывались на использовании оборудования фирм: «Pellegrini» (Италия»), «Marini Quarries Group» (Италия), «Benetti» (Италия), «Diamant Board SA» (Германия) Использованы следующие линейки алмазно-канатных установок «Pellegrini» (Италия). PellegriniTelediam TD-55, Pellegrini TDD-100 Super, Pellegrini TDD-120 Super, а также фирмы «Marmi Quarries Group» (Италия) «Gran-Fil Super», «Gran-Fil».

Производительность алмазно-канатного пиления зависит от прочностных свойств природного камня'

<?=/'((« + £)-А), м2/ч (1)

где и,Ь эмпирические коэффициенты; h - глубина (высота) пропила, м, А - прочностные свойства природного камня

При определении производительности пиления породы алмазно-канатным инструментом в работе предложено учитывать комплексную твердость природного камня.

Рис. I. Алгоритм выбора способа подготовки к выемке блоков прочных пород природного камня

Значение комплексной твердости рассчитывается по выражению. Н.

где НА1 - микротвердость природного камня, МПа, Р - твердость породы по штампу, МПа.

Твердость по имампу природного камня хорошо коррелирует с пределом прочности на сжатие. На рис 2 приведена зависимость твердости по штампу от предела прочности на сжатие. При отсутствии данных о твердости по штампу природного камня какого-либо месторождения данный показатель можно определить, используя приведенную зависимость.

5ООО

Р, МПа 4<*ю

3000 2000 1000 о

250

300

СГСЖ, МПа

Рис 2. Зависимость твердости по штампу Р от предела прочности на сжатие

Таким образом, на основании выражений (I), (2) с использованием корреляционного анализа экспериментальных данных скорость пиления при добыче прочных пород алмазно-канатной установкой определяется по зависимости:

V = 4,56 ■ 10"4(39,36 • V, - 0,06 • ц), м/ ч (3)

где Уг - скорость резания, м/с,

Производительность алмазно-канатной установки определяется по зависимости

(¿-к-УЬ, м /час

(4)

^ - коэффициент, учитывающий длину контакта порода-инструмент (при длине контакта Ь-10 м коэффициент равен к - 1,0, при I 5 к-0,66; при Ь—20 0,5; при Ь=25 ^=0,4, при Ь=30 ^=0,33); Ь - длина пропила, м.

На рис. 3 представлена зависимость производительности алмазно-канатной установки от скорости резания и прочностных свойств природного камня.

Проведенные исследования по влиянию прочностных свойств на производительность резания прочных пород алмазным канатом при производстве добычных работ позволили произвести классификацию пород по эффективности их пиления алмазно-канатной установкой.

Рис. 3 График зависимости производительности алмазно-канатной установки {) от скорости резания Уг и комплексной твердости природного камня ц

В табл 1 приведена классификация прочных пород по эффективности их пиления алмазно-канатными установками.

Таблица 1

Классификация прочных пород по эффективности их пиления алмазно-канагными установками

Группа эффективности пиления алмазным канатом при добыче прочных пород Комплексная твердость природного камня <7, МПа Скорость резания, м/с Производительность при пилении, м2/ч

I свыше 4700 20-24 1,8-2,4

II 4000 - 4700 24-26 2,4-3

III 3400 - 4000 26-28 3-3,6

IV до 3400 28-30 3,6-4,4

Исследования и опыт применения алмазного каната свидетельствуют о его высоком износе при резании прочных пород. В связи с высокой стоимостью алмазного инструмента целесообразно применение алмазно-канатного пиления в комбинации с другими способами отделения блоков от массива

Комбинированный способ отделения блоков с применением бурогидроклинового оборудования и пиления алмазно-канагной установки дает возможность применять одностадийную и/или двухстадийную схему ведения добычных работ. Двухстадийная схема ведения горных работ подразумевает отделение монолита от массива с последующей его

распиловкой на товарные блоки, которая может производиться как непосредственно в карьере, гак и на камнсобрабатывающем предприятии

При разработке карьерного ноля фронту работ придается ступенчатая форма с целью обнажения массива природного камня в трех плоскостях.

Ширину рабочей площадки при комбинированном способе рассчитывают по формуле"

Ш = fJt + Г12 + //, + /74, м (5)

где /7, - ширина полосы для разделки монолита на блоки, м;

П2- ширина погрузочной площадки, м; (параметр определяется исходя из

характеристик погрузочного оборудования и равен 2 • 1'1Юг/)аб).

Я,- ширина транспортной полосы, м; (параметр определяется исходя из

характеристик транспортного оборудования и карьерной дороги), м

ширина полосы для размещения вспомогательного оборудования, м; Рекомендуемая ширина рабочей площадки при использовании алмазно-канатной пилы «Gran-Fil Super» фирмы «Marini Quarries Group» составляет до 50 - 60 м при применении автопогрузчиков и блоковозов для транспортировки добытых блоков.

При применении комбинированного способа отделения блоков длина рабочего забоя ¿)аб определяется исходя из предельной площади распила и высоты уступа: / _ s

LMй-" \М (6)

где S - площадь распила, м2; Н - высота уступа, м:

Высота уступа влияет на эксплуатационную производительность алмазно-канатной установки. Данная зависимость 0,„„ = f{H) представлена на рис 4 (Длина монолита 10 м, ширина 1 м Распиловка алмазно-канатной

45 установкой «Gran-Fil Super» фирмы «Marini Quarries Group» Италия) 4

3,5 3 2,5 2 1,5 1

0,5 О

Рис 4. Зависимость производи!ельности алмазно-канатной установки от

высоты уступа Н.

(Примечание 1 граниты 1 группы пилнмостн. 2 -граниты 2 группы пилимости, 3 - граниты 1 группы пилимости 4 - граниты 4 |р\ппы пилимости)

0 2 4 6 8 10 Н, м

На рис 5 представлен технологический комплекс оборудования при комбинированном способе отделения блоков о г массива.

, I .-.-г

/ '1 с___

Рис.5 Технологический комплекс оборудования при комбинированном способе огделения блоков от массива"

1 - буровой С1анок (на гусеничном ходу),

2 - алмазно-канатная установка, 3 гидроклиновая установка, 4 - буровой станок горизонтальною бурения.

Разработана методика оценки потерь природного камня при алмазно-канатном пилении

Потери при пилении алмазным канатом можно разделить на потери количественные и качественные В связи с тем что технология пиления алмазным канатом при отделении блока от массива практически не нарушает монолитности массива природного камня, потери качества незначительны и ими можно пренебречь.

Количественные потери природного камня при алмазно-канатном пилении УцП предлагается определять по зависимости

V,,

$ Ь

шл та

(?)

где площадь пиления, м2; Л,„„ - толщина пропила, м

Значение Ьти определяется диаметром каната и составляет от 8,5 до 12

мм.

Коэффициент извлечения К.,, природного камня при алмазно-канатном пилении предлагается определять по зависимости

(8)

-'иб

где Д„5 - объем извлеченных запасов блочного сырья, м1

В расчете на извлекаемый блок объем запасов 1№-, определяется по формуле

Я/в _ ^ ' ^прш ' Й//Х»! > М (9)

где - И - глубина пропила, м; - расстояние между пропилами по

направлению продольных трещин, м,

0„рои - то же, по направлению поперечных трещин, м. При анализе работы карьеров, добывающих прочные породы с применением алмазно-канатного пиления, определено, что коэффициент

ю.

извлечения составляет до 0,98 Коэффициент извлечения увеличивается при увеличении объема выпиливаемого из массива блока.

Зависимость коэффициента извлечения Кц от объема, выпиливаемого из массива блока, можно представить в виде функции.

К и = 0,989+1,418-10 4 ■ 3„6 - 6,42 • 10"7 • 3^. (10)

На рис 6 представлен график зависимости коэффициента извлечения К„ от объема выпиливаемого блока

Рис. 6. График зависимости коэффициента извлечения Ки от объема выпиливаемого блока 3.

В табл 2 представлено сравнение коэффициентов извлечения КИ природного камня при различных способах отделения блока от массива природного камня-

Таблица 2

Сравнение способов отделения блоков от массива по коэффициенту

извлечения Кп

Способ отделения блоков от массива

Буровзрывной

Буроклиновой

Термогазоструйный

Алмазно-канатное пиление

Комбинированный

Коэффициент извлечения К п

0,55 -0,15

до 0,8

до 0,96

до 0,98

до 0,90

В работе исследована распиловка блоков на штрипсовых станках. Рабочим инструментом штрипсового станка служат стальные полосовые пилы (штрипсы), совершающие в процессе распиловки возвратно-поступательное движение Эти станки в современной промышленности составляют до 70 % станочного парка, благодаря следующим преимуществам: повышенной жесткости рабочего инструмента,

возможности распиливать блоки значительных размеров на слэбы, сравнительно невысокой энергоемкости процесса резания, незначительным потерям сырья на пропил Затраты на распиловку с использованием штрипсовых станков являются основными (порядка 40-50 %) в общем цикле получения готовой продукции.

Техническая производительность штрипсового распиловочного станка может быть рассчитана по формуле

Е' /Я И1 и \ Швьк )

\Л*> л"— - - )

/л шит пил пргт

=-^-, м /ч (11)

рисп

где /(ол'НгЪ'Шш - длина, высота и ширина (максимальные размеры) блока соответственно, м;

Н.итт > ^тп = ^„,>,,„ - толщина необходимых плит, толщина штрипсовых пил и

толщина пропилов соответственно, м;

Нв - высоту выступов на верхней поверхности блока, м;

Швыс ■ ширина выступов на боковых поверхностях блока, м.

Эксплуатационная производительность распиловочного станка рассчитывается по формуле.

(?«, = Й**' К,«-,, ,м2/ч, (12)

где Кжп- коэффициент использования оборудования с учетом ремонта и техобслуживания

Таким образом, производительность штрипсового станка зависит от следующих факторов' геометрических размеров блока, толщины плит, скорости опуска пильной рамы. Увеличить производительность шгрипсового распиловочного станка можно двумя путями 1) рационально использовать рабочее пространство распиловочного станка и 2) рационально выбирать рабочую подачу.

Выбор рациональной рабочей подачи должен осуществляться исходя из прочностных свойс гв камня.

В качестве прочностных свойств были выбраны предел прочности на сжатие <зсж, микротвердость природного камня Ни (комплексная твердость).

При обработке экспериментальных данных, полученных при распиловке блоков прочных пород на штрипсовых станках (ОАО «МКК»), установлены зависимости скорости подачи от прочностных свойств камня Значения скорости подачи V приведены для каждой фазы процесса распиловки Таким образом, получены четыре зависимости, которые приведены на рис 7

в)

Д)

Рис 7 Зависимость скорости подачи V от прочностных свойств камня (<т при запиливании (а), при пилении до заглубления пил (б), при

основной фазе распиловки (в), при допиливании (д)

Зависимости, приведенные на рис. 7, в табл 3 представлены в виде математических выражений

Таблица 3

Зависимое!и скорости подачи от прочностных свойств природного камня для различных режимов пиления на штрипсовом распиловочном оборудовании

Фаза процесса распиловки Зависимости скорости подачи V от прочностных свойств камня

Запиливание V - -1,15 + 0,16-//„ - 0,96-ст^ -3 10" //¿4 1,9 10" //„-4 2 10' al

Пиление до заглубления пил У - 13,86 +0,019-//„ -0,17-ст^ - 5-10 6 H], + 5,3-10 " tr. Н„-1,5-10 " сг;.

Основная фаза распиловки Г = 3,02+ 0,035 Н„ -0,16 (т4, -6 10 f H h + 2,4-10 4 ст., //„-1.6-10 "-0-1

Допиливание У = -6,9 + 0,037-//,, 0,18-<т„-6 10" //J,+6,4-10 *-CTm #„ -1,7 10 4 cri

Производительность штрипсового распиловочного станка зависит от геометрических размеров распиливаемого блока (ставки блоков) На рис 8 представлены графики зависимости производительности штрипсового станка от длины блока (ставки блоков) (а), от высоты блока (ставки блоков) (б), от

о 8 ~ -

Я 6 - - -

*; ^ ^^ _ - -

а- . . - _

1 15 2 25

Н,м

Рис. 8. Графики зависимости производительности

штрипсового станка £) от геометрических размеров блока

а - длина (Д), б - высота (Н),

в- объем (V).

В третьей главе сформированы комплексы добычного и распиловочного оборудования при использовании комбинации алмазно-канатного и бурогидроклинового способов отделения блоков прочных пород природного камня и распиловки их на штрипсовых станках

Для формирования парка добычного и распиловочного оборудования был выполнен анализ структуры действующих камнедобьтающих и камнеобрабатывающих предприятий.

На основе анализа разработана классификация предприятий по производственной мощности и выходу блоков Производственная мощность предприятий колеблется в пределах от 200 до 10000 м^/год, а выход блоков в пределах от 10 до 68% (табл. 4,5).

Таблица 4

Классификация карьеров прочных пород по показателю производственной _____мощности карьера______

Производственная мощность карьера, мЗ/год До 1000 СИ 1000 до 3000 Свыше 3000

Количество карьеров, шт. 34 9 4

Процент от общего количества, %. 72,3 19,2 8,5

Анализ карьеров показал, что до 80 % предприятий имеют производственную мощность до 1500 мЗ/год Таким образом, исходя из

средней годовой производительности алмазно-канатной установки эффективное применение комбинированного способа отделения блоков может быть достигнуто на 15 20% ог общего количества проанализированных предприятий.

Таблица 5

Классификация карьеров прочных пород по показателю выхода блоков из

массива

Показатели Показатель удельной линейной трещиноватости массива, м/шг.

Выход блоков природного камня из массива, %

Выше 0,5/до25 0,25-0,5/25-45 До 0,25 /выше 45

Количество карьеров, шт 32 22 4

Процент от общег о количества, % 55 38 7

Анализ работы алмазно-канатных установок показал, что применение данного оборудования в комбинации с бурогидроклиновыми установками, эффективно на средиетрещиноватых и слабо грещиноватых массивах природного камня. Значения показателя удельной линейной трещиноватости составляет не более 0 4 0,6 м/шт При применении алмазно-канатных установок для разработки высокотрешиноватых массивов с показателем удельной линейной трещиноватости свыше 0,6 м/шт выявлено снижение производительности, поэтому количество карьеров, на которых эффективно применение комбинированного способа (по условию трещиноватости) составляет 40 - 60 % от общего количества проанализированных предприятий

Для выявления типа, типоразмера и количества оборудования для добычи и переработки прочных пород с применением комбинированного способа отделения блоков на основании разработанной классификаций предприятий сформировано 9 комплексов (табл 6)

Таблица 6

Комплексы оборудования, сформированные дня предприятий, добывающих

блоки прочных пород

Выход До 25 % Ог 25 до 45 % Свыше 45 %

До 1000 мЗ I комплекс II комплекс 111 комплекс

От 1000 до 3000 мЗ IV комплекс V комплекс VI комплекс

Свыше 3000 мЗ VII комплекс VIII комплекс IX комплекс

Принципы формирования комплексов добычного и распиловочного оборудования заключаются в следующем:

1) технические характеристики перфораторов, гидроклиновых установок, алмазно-канатных установок, штрипсовых станков должны удовлетворять прочностным характеристикам природного камня;

2) удельный расход бурения шпуров для последующего размещения в них гидроклиньев и проведения отрыва блока от массива природного камня должен определяться в зависимости от прочностных свойств природного камня,

3) количество перфораторов, гидроклиновых установок и алмазно-канатных установок, штрипсовых станков определяется, исходя из потребного объема бурения, пиления, откалывания, а также производительностью оборудования;

На схемах 1,2 представлены в качестве примера комплекс для производительности карьера до 1 ООО м3, при выходе блоков из массива от 25 до 45 % и комплекс для производительности свыше 3000 м\ при выходе блоков из массива свыше 45 % при комбинированном способе отделения блоков прочных пород.

подготовка к отделению блока (монолита) от массива

Кол-во перфораторов (типа Кол-во гидроклиньев (типа Кол-во алмазно-канатных

ПП-36В. ПП-54В. I (П-54ВБ) «Дарда» SPG - IV. V, VI фирмы установок (типа «Gran-Fil Super»

-5.7.9 шт Порсвельд) - I шт ф-мы «Мапш Quarries Group») -

(при значении пока отеля I шт буримое™ 9-11 12-15.16-20 соответственно)

распиловка блоков на слэбы

Штрипсовые рамные станки с неармирова иными пилами, абразив - стальная дробь (типа Gaspan Mcnotli JM-450. Breton HG-475/110) - 1 urr.

Схема 1 Комплекс оборудования при комбинированном способе отделения блоков прочных пород для производительности карьера от 1 ООО до 3000 м3, при выходе блоков из массива от 25 до 45 %.

подготовка к отделению блока (монолита) от массива

Кол-во перфораторов марок ПП- Кол-во гидроклиньев моделей Кол-во алмазно-канатных

GIB. ПП-61ВБ. ПП-63С - 15. 19. «Дарда» SPG - IV. V. VI фирмы установок (типа «Gran-Fil

26 шт Порсвслм - 2 шт Super» ф-мы «Marim

(при значении показателя Quarries Group») до 4 шт буримости 9-11. 12-15. 16-20 соответственно)

распиловка блоков на слебы

Штрипсовые рамные станки с неармированными пилами, абразив - стальная дробь ( типа Gaspan Menotti JM-450 Brclon HG-475/TTO) - 4 шт

Схема 2. Комплекс оборудования при комбинированном способе отделения блоков прочных пород для производительности карьера свыше 3000 м\ при выходе блоков из массива свыше 45 %.

В четвертой главе приведены технико-экономические расчеты работы карьеров и камнеобрабатывающих предприятий по добыче и переработке прочных пород природного камня с применением следующих способов отделения блоков от массива (буровзрывной, бурогидроклиновой, комбинированный) Произведено сравнение приведенных выше способов отделения блоков от массива по критерию чистого дисконтированного дохода (ЧДД)

Чистый дисконтированный доход определялся как сумма текущих эффектов за расчетный период, приведенная к базисному году. Величина чистого дисконтированного дохода определяется как

= 4-к,)/п+/о' (13)

где Р, - результаты, достигаемые в (-м году (стоимость реализованной продукции), руб, 3,- текущие затраты, осуществляемые в (:-м году, для получения планируемых результатов, руб., К, - капиталовложения в ( -м году, руб., К - средневзвешенная норма дисконта, Т - полная длительность календарного периода учета эффекта рассматриваемого проекта, год

Выбор наилучшего способа определяется по максимальному значению критерия чистого дисконтированного дохода.

В табл. 7 приведены значения показателя чистого дисконтированного дохода для карьера с производи гельностыо от 1 ООО до 3000 м\ при выходе блоков из массива от 25 до 45 % при применении принятых способов отделения блоков прочных пород от массива

Таблица 7

Показатели чистого дисконтированного дохода при применении принятых способов отделения блоков прочных пород от массива

Способ отделения блоков от массива Значение показателя ЧДД по годам расчетного периода, тыс руб.

. 1 2 3 4 | 5 6

Буровзрывной -3215 -1307 459 1411 2267 2794

Бурогидроклиновой -3646 -1111 1484 3284 5037 6134

Комбинированный -4210 -1394 1592 3626 5746 7180

Па рис 9 представлен график распределения чистого дисконтированного дохода по годам расчетного периода для принятых способов отделения блоков от массива.

Рис 9. График распределения чистого дисконтированного дохода по годам расчетного периода для принятых способов отделения блоков от массива ( I - буровзрывной способ, 2 - бурогидроклиновой способ, 3 комбинированный способ).

При применении комбинированного способа отделения блоков прочных пород достигается эффективность производства по критериям: чистый дисконтированный дохоц и потери природного камня по сравнению с буровзрывным и буроклиновым способами.

Определены области применения комбинированного способа 4 отделения блоков, использующего алмазно-канатное пиление, в соответствии

с разработанной методикой.

1) удельная линейная трещиноватость массива составляет не более 0,4 -0,6 м/шт Количество карьеров, на которых эффективно применение комбинированного способа по данному условию, составляет 40 - 60 % от общего количества проанализированных предприятий.

2) значение производственной мощности должно составлять свыше 1500 м3/год. Количество предприятий, на которых эффективно применение комбинированного способа по данному условию, составляет 15 - 20 % от общею количества проанализированных предприятий.

3) прочностные характеристики массива, а) комплексная твердость - не более 6000 МПа, б) содержание высокопрочных минералов (кварц, ортоклаз) не более 25 - 30 %.

4) температурный режим местности месторождения природного камня лежит в диапазоне от -2 до + 25 "С.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

рационального способа подготовки блоков к выемке Основные научные и практические результаты и выводы, полученные лично автором, заключаются в следующем

1) Установлена зависимость производительности алмазно-канатного

пиления от комплексной твердости природного камня. При изменении »

показателя комплексной твердости в диапазоне от 3000 до 6000 МПа отмечено, что производительность уменьшается с 3,5 - 4 м2/час до 1 - 1,3 м2/час.

2) На основании установленной зависимости произведена классификация прочных пород по эффективности их пиления алмазно-канатными установками По критерию комплексной твердости природного камня выделены 4 группы природного камня, для которых установлены значения режимов резания и производительность пиления

3) Разработана методика оценки потерь природного камня при алмазно-канатном пилении При сравнении способов отделения блоков природного камня по критерию коэффициента извлечения Ки определено что применение алмазно-канатного пиления позволяет сократить потери камня в 1,8 раза по сравнению с буровзрывным способом, в 1,3 раза по сравнению с буроклиновым способом, в 1,1 раза по сравнению с термогазоструйным способом

затрат на производство слэбов Оценка способов отделения и нахождения оптимального в соответствии с данной методикой производится при комплексном анализе операций добычи и распиловки по критериям максимального значения чистого дисконтированного дохода и минимального значения потерь природного камня.

5) Применение разрабошнной методики показало, что при использовании комбинированного способа отделения блоков прочных пород достигается эффективность производства слэбов на камнеобрабатывающем предприятии по сравнению с буровзрывным и буроклиновым способами

Установлено, что комбинированный способ отделения блоков согласно разработанной методике эффективен при-

а) значении удельной линейной трещиноватости массива не более 0,4 -0,6 м/шт. Данному условию удовлетворяют до 40 - 60 % рассмотренных предприятий,

в) производственной мощности предприятия свыше 1500 м^/год (15 -20 % от рассмотренных предприятий);

г) температурном режиме местности месторождения природного камня, лежащем в диапазоне от -2 до + 25 °С.

6) Производительность штрипсовой распиловки зависит от скорости подачи пильной рамы и загрузки подрамного пространства распиловочного станка. Установлено, что с ростом предела прочности на сжатие от 100 до 300 МПа и микротвердости природного камня от 2500 до 5000 МПа скорости опуска пильной рамы уменьшаются: при запиливании с 22 до 10 мм/ч, при пилении до заглубления пил с 34 до 14 мм/ч, при основной фазе распиловки с 30 до 45 мм/ч, при допиливании с 40 до 22 мм/ч. Определено, что производительность штрипсового распиловочного станка возрастает на 30 -40 % при увеличении загрузки подрамного пространства с 0,5 до 0,8, что достигается применением комбинированного способа с использованием алмазно-канатного пиления (без применения операции пассировки блоков на камнеобрабатывающем предприятии)

7) На основании анализа существующих карьеров по добыче прочных пород разработана классификация предприятий по производственной мощности и выходу блоков Установлено, что производственная мощность колеблется в диапазоне от 200 до 10000 м'/год, причем до 80 % предприятий имеют производственную мощность до 1500 м3/год. Показатель выхода блоков находится в пределах от 10 до 68 %.

8) С использованием классификации предприятий по производственной мощности и выходу блоков, а также методики выбора способа подготовки блоков к выемке сформированы 9 комплексов оборудования. Определен тип, типоразмер и количество добычного и распиловочного оборудования для каждого комплекса

9) Применение комбинированного способа отделения блоков с использованием алмазно-канатного пиления возможно по одно и/или двухстадийной схеме. Разработан технологический комплекс применения комбинированного способа (см. рис. 5). Установлены технологические параметры работы комбинированного способа. Рекомендуемая ширина рабочей площадки составляет до 50 - 60 м при применении автотранспорта. Установлена зависимость производительности алмазно-канатной установки от высоты разрабатываемого уступа, отмечено, что с ростом высоты уступа на 1 м производительность увеличивается на 20 - 25 %

Основные положения автора опубликованы в следующих работах:

1) Птичников Е В, Калинин М.А Обоснование эффективного взаимодействия камнедобычного и камнераспиловочного оборудования при производстве слэбов из прочных пород. - М. Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2004 - № 9 -С. 24-28.

2) Калинин М.А. Методика определения рациональных режимов работы алмазно-канатных установок при добыче блоков прочных

¿o,

пород. М,- Горный информационно-аналитический бюллетень -2004 - № 10 - С 61-62.

3) Калинин М.А Выбор рациональных параметров разработки месторождений мрамора с учетом систем трещиноватоеги массива. Сборник научных трудов студентов магистратуры МГГУ. Вып. 2,-М МГГУ, 2001.- С. 116-119.

4) Калинин М А Применение алмазно-канагных установок и комбинированных способов добычи при разработке месторождений природного камня Сборник научных трудов студентов магистратуры МГГУ. Вып 2. М . МГГУ, 2001. - С. 78-85

5) Калинин М А Оценка потерь блочного сырья при ведении добычных pa6oi с использованием алмазного каната. - М . Горный информационно-аналитический бюллетень - 2005,- №6 - С 19-21.

6) Птичников Е В, Калинин М А. Экономическое обоснование внедрения комбинированной технологии с использованием оборудования с гибким рабочим органом на карьерах прочных пород - М Г орный информационно-аналитический бюллетень. -2005. -№ 7,- С. 20-24.

Подписано в печать «/"Г » мая 2005 г. Формат 60 x 90/16

Объем 1 пл._Тираж 100 экз._Заказ /¿?/5

Типография МГТУ, Москва, Ленинский проспект, 6.

№112 6 8

РНБ Русский фонд ,

2006-4 8098

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Калинин, Михаил Александрович

Глава 1. Состояние вопроса и постановка задач исследования

1.1. Состояние вопроса.

1.2. Анализ исследований в области добычи и распиловки природного камня.

1.3. Задачи и методы исследования.

Глава 2. Обоснование критериев выбора добычной технологии. Определение технологических параметров добычного и распиловочного оборудования.

2.1. Критерии для обоснования рациональной технологии добычи природного камня.

2.2. Методика выбора оптимального способа подготовки к выемке блоков при разработке месторождений прочных пород.

2.3. Исследование технологических параметров алмазно-канатного пиления прочных пород при отделении блоков.

2.4. Обоснование технологических параметров комбинированного способа отделения от массива блоков прочных пород.

2.5. Методика оценки потерь блочного сырья при ведении добычных работ с использованием алмазно-канатного способа отделения.

2.6. Обоснование технологических параметров распиловки блоков.

Выводы по главе.

Глава 3. Формирование комплексов добычного и распиловочного оборудования при использовании комбинированного способа отделения блоков от массива.

3.1. Группирование карьеров РФ по производственной мощности и выходу блоков.

3.2. Принципы формирования комплексов оборудования для карьеров, разрабатывающих месторождения природного камня.

3.3. Расчет потребного количества оборудования для карьеров, добывающих прочные породы с применением комбинированного способа.

Выводы по главе.

Глава 4. Экономическое обоснование внедрения комбинированного способа отделения блоков от массива на карьерах прочных пород.

4.1. Обоснование критерия экономической эффективности производства слэбов на камнеобрабатывающем предприятии.

4.2. Сравнение способов отделения блока от массива по критерию экономической эффективности производства слэбов на камнеобрабатывающем предприятии.

Выводы по главе.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование параметров технологии добычи и распиловки блоков прочных пород"

Актуальность проблемы. Анализ мирового и отечественного рынков природного камня показывает на возрастание доли потребления облицовочных изделий из декоративного прочного камня. Учитывая требования рынка и значительную конкуренцию между предприятиями-изготовителями, возрастает значение качества и стоимости изделий из природного камня.

С повышением прочности природного камня существенно возрастают трудоемкость и себестоимость процесса отделения блоков от массива.

Применяемые буровзрывной и буроклиновой способы отделения блоков от массива на карьерах прочных пород природного камня позволяют получать колотое блочное сырье, характеристики которого не удовлетворяют требованиям современного распиловочного оборудования (штрипсовые рамные станки). Дальнейшее совершенствование способов отделения (основываясь на мировом опыте добычи прочных пород) лежит в области применения алмазно-канатного пиления, позволяющего получать крупноблочное сырье с ровными поверхностями, снижая потери природного камня. Вместе с тем, значительные затраты на алмазно-канатное пиление сдерживают внедрение этого способа и требуют применения комбинированных способов добычи.

Цель работы заключается в обосновании параметров алмазно-канатного способа отделения блоков прочных пород и параметров распиловки блоков на штрипсовых станках для выбора рационального способа подготовки блоков к выемке. р Идея работы снижение суммарных затрат на добычу и распиловку блоков прочных пород достигается за счет рациональных параметров алмазно-канатного пиления при комбинированном способе отделения блоков.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:

- установить зависимость технологических параметров работы алмазно-канатного оборудования от прочностных свойств камня; установить зависимость технологических параметров работы распиловочного оборудования (штрипсовые станки) от прочностных свойств камня;

- разработать классификацию прочных пород по эффективности их пиления алмазным канатом;

- разработать методику выбора способа подготовки к выемке блоков прочных пород исходя из комплексной оценки добычи и распиловки;

- разработать методику определения объема потерь природного камня при применении комбинированного способа отделения блоков прочных пород; обосновать комплексы оборудования при применении комбинированного способа отделения блоков прочных пород (алмазно-канатный и бурогидроклиновой способы), для карьеров, сгруппированных по производительности и выходу блоков из массива.

Математические и статистические расчеты выполнены в программе Statistica '99 Edition Kernel Release 5.5 A Copyright © 1984-1999 by StatSoft, Inc. Программирование выполнено в программе QBasic ver. 1.0 by Microsoft Corp.

Исследования производились на карьерах по добыче блоков природного камня, расположенных на территории Российской Федерации * (гранитный карьер «Калгуваара»), а также на следующих камнеобрабатывающих предприятиях: ОАО «Московский камнеобрабатывающий комбинат» (РФ, М.О. г. Долгопрудный).

На защиту выносятся следующие научные положения:

2) Использование алмазно-канатного пиления при отделении блоков от массива прочных пород обеспечивает снижение потерь природного камня в 1,8 раза по сравнению с буровзрывным способом, в 1,3 раза по сравнению с буроклиновым, в 1,1 раза по сравнению с термогазоструйным способом.

3) Методика выбора способа подготовки к выемке блоков прочных пород включает: обоснование технологических параметров работы добычного и распиловочного оборудования, с учетом комплексной твердости, оценку потерь природного камня, и основывается на критерии чистого дисконтированного дохода при производстве слэбов.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается: анализом геологической и технико-экономической информации по карьерам, разрабатывающим месторождения прочных пород природного камня, а также камнеобрабатывающим заводам; использованием положений математической статистики; удовлетворительной сходимостью теоретических результатов расчета с данными производственных экспериментов.

Научное значение работы: установлена зависимость технологических параметров работы алмазно-канатного оборудования от прочностных свойств камня;

- установлена зависимость технологических параметров работы распиловочного оборудования (штрипсовых станков) от прочностных свойств камня;

- разработана классификация прочных пород по эффективности их пиления алмазным канатом; предложена методика выбора способа подготовки к выемке блоков прочных пород, исходя из комплексной оценки операций добычи и распиловки; разработана методика определения объема потерь природного камня при применении алмазно-канатного пиления блоков прочных пород.

- обоснованы комплексы оборудования при применении комбинированного способа отделения блоков прочных пород, для карьеров, сгруппированных по производительности, выходу блоков из массива.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались . на конференциях «Неделя горняка» (200305 гг.), заседаниях кафедры ТО МГГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из 4 глав, введения, заключения, списка использованных источников из 63 наименований, содержит 33 таблицы, 19 рисунков.

Автор выражает благодарность коллективу кафедры технологии, механизации и организации открытых горных работ Московского государственного горного университета за постоянную помощь и полезные советы при подготовке настоящей работы.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Состояние вопроса.

За последние десятилетие наблюдается тенденция резкого роста потребления природного камня (в том числе прочных пород). Эта тенденция имеет место не только в экономически развитых странах, но и в России. Это связано с ростом благосостояния, появлением новых технологий добычи и обработки камня, удешевляющих производство изделий из камня, интенсивным освоением большого количества новых месторождений природного камня. Новые возможности современного оборудования позволяют архитекторам воплотить в жизнь свои самые смелые проекты. Развитие камнеобрабатывающего оборудования дает возможность вовлекать в производство даже самый высокопрочный природный камень, а также производить из него разнообразную продукцию. Многолетний опыт строителей подтверждает, что строительные материалы из природного камня по красоте и долговечности намного предпочтительней керамического гранита, керамики, красок, кирпича и других отделочных материалов.

В настоящее время мировая добыча природного камня составляет порядка 50 млн. т./год. Двенадцать государств добывают более чем по 1 млн. т. природного камня в год или 73 % от мирового объема добычи. Это Китай, Италия, Испания, Греция, Португалия, США, Индия и т.д. Россия, к сожалению, занимает пока лишь 45 место по уровню потребления природного камня, но, тем не менее, в России имеется громадный потенциал, как для наращивания потребления природного камня, так и для увеличения его добычи и переработки.

Опираясь на статистическую информацию, /14/, /15/ в таблице 1.1 приводятся данные по добыче блоков за 2002 год, а также сравнение данных с 2000 годом.

Таблица 1.1

Статистическая информация по добыче блоков за 2000 и 2002 годы.

Добыча блоков

Страна Объем Объем Объем Объем Прирост добычи добычи за добычи за добычи за объемов за 2002 2002 год, % 2000 год, 2000 год, % добычи год, тонн тонн хЮОО с 2000 х 1000 по 2002 год, %

Италия 8800 12,9 8500 12,7 0,2

Испания 7300 10,7 7000 10,4 0,3

Португалия 2500 3,7 2400 3,6 0,1

Греция 2100 3,1 2000 3,0 0,1

Франция 1800 2,6 1700 2,5 0,1

Бельгия 750 1,1 800 1,2 -0,1

Германия 650 1,0 750 1,2 -0,2

Польша 210 0,3 250 0,4 -од

Норвегия 440 0,6 400 0,6 0,0

Финляндия 320 0,5 350 0,5 -0,1

Китай 8200 12,0 8000 11,9 0,1

Индия 5400 7,0 6000 8,9 -1,0

Бразилия 5500 8,1 5000 7,5 0,6

Иран 7500 11,0 7000 10,4 0,6

Турция 2800 4,1 2500 3,7 0,4

Палестина 1250, 1,8 1800 2,7 -0,9

США 1800 2,6 1700 2,5 ОД

Южная Корея 1000 1,5 1000 1,5 0,0

Россия 700 1,0 700 1,0 0,0

ЮАР 550 0,8 780 1,2 -0,4

Индонезия 650 1,0 600 0,9 0,1

Украина 550 0,8 500 0,7 ОД

Мексика 530 0,8 500 0,7 од

Другие 5555 8,1 6820 10,2

ИТОГО 68105 100 67050 100

На рисунке 1.1. приводятся статистические данные /42/ динамики мировой добычи природного камня по типам пород. X с; S

50 т 40

JQ Ю

О 30 20 ю 70 о tibia

1926 1976 1986 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Ряд 7 О Ряд2 ШРядЗ

Ряд - 1 - мрамор, ряд - 2 - гранит, ряд - 3 - прочее.

Рисунок 1.1. Динамика мировой добычи природного камня по типам пород.

Из рисунка 1.1. видно, что в мире существует тенденция роста добычи блоков прочных пород.

Россия обладает большим потенциалом для развития своей камнедобывающей и камнеобрабатывающей промышленности. Балансовые запасы природного камня составляют по категориям A+B+Ci более 580

10 млн. м3. Российская Федерация занимает одно из первых мест по минерально-сырьевым ресурсам облицовочного камня. На территории страны выявлено свыше 600 месторождений различных горных пород. В 2003 году Государственным балансом запасов РФ было учтено в качестве облицовочного камня 112 месторождений гранитов и других прочных пород, в том числе: 51 гранитов, 6 гнейсо-гранитов и гранито-гнейсов, 4 гранодиоритов, 4 диоритов, 4 сиенитов, 1 хибинитов, 28 габброидов, 2 долеритов, 4 амфиболитов, 1 лабрадоритов, 2 пироксенитов, 1 перодотивов, 1 трахиандезитов. Разведанные запасы по перечисленным месторождениям составляют около 225 млн. куб. метров (категории А+В+С1). /16/.

Среднегодовой уровень добычи блоков облицовочного камня в Российской Федерации составляет около 230 тыс. куб. м. В общем объеме добываемых блоков примерно 32 % приходится на граниты и другие прочные изверженные породы, 51 % - на мрамора и другие среднепрочные породы карбонатного состава и 17 % - на прочие (преимущественно низко прочные) породы (известняки, доломиты, песчаники и т.п.)./16/

На рисунке 1.2. представлен график распределения объемов добычи природного камня по типу пород.

И 1 12 83

1 - мрамора

2 - граниты

3 - прочие

Рисунок 1.2. График распределения объемов добычи природного камня по типу пород.

Карьеры, добывающий природный камень сосредоточены в следующих регионах Российской Федерации: Севера и Северо-Запада, Урала. В данных регионах освоены соответственно 30 и 15 % эксплуатируемых месторождений. Также месторождения природного камня разрабатываются в Республике Алтай, Центральной и Восточной Сибири, на Дальнем Востоке и Северном Кавказе и т.д.

В таблице 1.2 представлено сводное количество разрабатываемых месторождений в различных регионах Российской Федерации./16/

Таблица 1.2

Количество месторождение в регионах Российской Федерации

Регион РФ Прочные породы

Граниты, гранито-гнейсы, гранодиориты Диориты, сиениты Габброиды Прочие

Север и Северо-Запад 37 6 10 9

Центр, Поволжье 4 1 2 1

Северный Кавказ 5 3 1

Урал 8 2 1

Западная Сибирь и Восточная Сибирь 4 2 2 1

Дальний Восток 9 4 9 3

На рисунке 1.3 представлено распределение месторождений прочных пород (гранитов, гранито-гнейсов, гранодиоритов) по регионам Российской Федерации.

1 - Север и Северо-Запад

2 - Центр Поволжье

3 - Северный Кавказ 4-Урал

5 - Алтай и Западная Сибирь

6 - Центральная и Восточная Сибирь,

7 - Дальний Восток

3 2

Рис. 1.3 Распределение месторождений прочных пород на территории Российской Федерации.

Таким образом, как видно из анализа месторождения прочные пород, в основном гранитоиды и габброиды, широко распространены на территории РФ. Таким образом, существует возможность увеличить добычу блоков прочных пород на месторождениях Российской Федерации.

Однако, качество блоков добываемых на территории РФ остается низким и не удовлетворяет требованием современного камнеобрабатывающего оборудования. Неправильная геометрическая форма, сколы на боковых гранях, нарушения монолитности блочного сырья прочных пород приводит к неполному использованию возможностей распиловочного оборудования и таким образом, увеличивает себестоимость продукции из природного камня. Применение на карьерах природного камня алмазно-канатного способа отделения блоков от массива позволит получать

13 качественное сырье по геометрической правильности и монолитности, что дает возможность избежать применения операции пассировки блоков на камнеобрабатывающих заводах, снизит потери блочного сырья, а также затраты на транспортировку и распиловку. В настоящее время в Российской Федерации алмазно-канатный способ отделения блоков широко применяется на карьерах мягких и средних пород. Применение же указанного способа отделения блоков от массива при разработке месторождений прочных пород пока не нашло широкого применения на территории РФ, хотя за рубежом данная технология внедряется. Основным недостатком данной технологии, препятствующей ее широкому внедрению, является значительные затраты на алмазный канат, который подвержен высокому износу при пилении прочных пород, которые являются высоко абразивными. Средняя стоимость алмазного каната составляет от 100 до 200 и более долл. США/п.м. и зависит от диаметра каната и количества алмазных втулок. Расход алмазного каната составляет от 4-18 м2/п.м, что составляет ориентировочно от 1000 -1500 руб./мЗ. Для снижения затрат на алмазный канат автор рекомендует использовать алмазно-канатный способ в комбинации с бурогидроклиновым способом отделения блоков от массива прочных пород. Исследованиями автора доказано, что для максимального использования возможностей распиловочного оборудования достаточно получать на карьерах блоки, имеющие две боковые грани, отделенные алмазно-канатным способом. Исходя из изложенного, эффективность применения на карьерах алмазно-канатного способа отделения блоков необходимо рассматривать в совокупности с операциями переработки (распиловки) блоков.

Обработка природного камня - сложный технологический процесс, включающий в себя большое количество операций. На камнеобрабатывающем производстве используется значительное количество машин и инструментов, которые требуют рационального использования для получения оптимального результата. Штрипсовые станки относятся к распиловочному оборудованию. Эти станки являются основным видом оборудования камнеобрабатывающих предприятий, обуславливающих их мощность. Доля этого оборудования составляет в настоящее время ja,o -ТО % общей численности станочного парка.

Затраты на распиловку с использованием штрипсовых станков являются основными (порядка 40-50 %) в общем цикле получения готовой продукции (плит), что требует максимально эффективно использовать возможности распиловочного оборудования. Поэтому установление закономерностей, влияющих на эффективность работы этого оборудования, является актуальной задачей.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Калинин, Михаил Александрович

Выводы по главе.

1. Для сравнительной оценки экономической эффективности способов отделения блоков при разработке месторождений прочных пород природного камня использовался следующий критерий: чистый дисконтированный доход ЧДД. Для нахождения показателя ЧДД и сравнения по данному критерию каждого способа отделения блоков необходимо рассчитать эксплутационные затраты, капиталовложения, амортизационные отчисления, а также уплачиваемые налоги и отчисления. Выбор наилучшего способа определяется по максимальному значению критерия ЧДД.

2. Эксплуатационные затраты на производство слэбов природного камня определяются исходя из затрат на его добычу и переработку и состоят из затрат на материалы (инструмент), ГСМ, электроэнергию, заработную плату и отчисления, амортизация, налоги и прочие затраты.

3. Выход полуфабриката из блочного сырья зависти от качества сырья (применяемого способа, отделения). При использовании буровзрывного способа выход полуфабриката составляет 0,36, при гидроклиновом способе - 0, 67, при комбинированном способе (алмазно-канатное пиление) -0,8. Для увеличения выхода полуфабриката применяют операцию пассировки (для колотых блоков), которая увеличивает выход полуфабриката с 0,36-0,67 до 0,76-0,8. Операцию пассировки блочного сырья можно производить с применением однодискового распиловочного станка, канатного станка, ортогонального станка. Минимальные затраты на пассировку получаются при использовании однодискового распиловочного станка.

4. При применении комбинированного способа отделения блоков от массива достигается максимальное значение критерия ЧДД по сравнению с буровзрывным и буроклиновым способами отделения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

На основании выполненных исследований в диссертационной работе дано новое решение актуальной научно-технической задачи по обоснованию параметров алмазно-канатного способа отделения блоков прочных пород и параметров распиловки блоков на штрипсовых станках для выбора рационального способа подготовки блоков к выемке. Основные научные и практические результаты и выводы, полученные лично автором, заключаются в следующем:

1) Установлена зависимость производительности алмазно-канатного пиления от комплексной твердости природного камня. При изменении показателя комплексной твердости в диапазоне от 3000 до 6000 МПа отмечено, что производительность уменьшается с 3,5 - 4 м2/час до 1 - 1,3 м2/час.

2) На основании установленной зависимости произведена классификация прочных пород по эффективности их пиления алмазно-канатными установками. По критерию комплексной твердости природного камня выделено 4 группы природного камня, для которых установлены значения режимов резания и производительность пиления.

3) Разработана методика оценки потерь природного камня при алмазно-канатном пилении. Сравнивая способы отделения блоков природного камня, по критерию коэффициента извлечения Ки определено, что применение алмазно-канатного пиления позволяет сократить потери камня в 1,8 раза по сравнению с буровзрывным способом, в 1,3 раза по сравнению с буроклиновым способом, в 1,1 раза по сравнению с термогазоструйным способом.

4) Разработана методика выбора способа подготовки к выемке блоков прочных пород, учитывающая геологические, прочностные характеристики массива, определяющая порядок расчета: технологических параметров процессов добычи и распиловки блоков, потерь природного камня, а также затрат на производство слэбов. Оценка способов отделения и нахождения оптимального, в соответствии с данной методикой, производится при комплексном анализе операций добычи и распиловки, по критериям максимального значения чистого дисконтированного дохода и минимального значения потерь природного камня.

5) Применение разработанной методики показало, что при использовании комбинированного способа отделения блоков прочных пород достигается эффективность производства слэбов на камнеобрабатывающем предприятии по сравнению с буровзрывным и буроклиновым способами.

Установлено, что комбинированный способ отделения блоков согласно разработанной методики эффективен при: а) значении удельной линейной трещиноватости массива не более 0,4 -0,6 м/шт. Данному условию удовлетворяют до 40 - 60 % рассмотренных предприятий.

6) значениях прочностных характеристик массива природного камня: комплексной твердости не более 6000 МПа, содержании высокопрочных минералов (кварц, ортоклаз, гранат и др.) не более 30 - 40 %. в) производственной мощности предприятия свыше 1500 мЗ/год (15 -20 % от рассмотренных предприятий). г) температурном режиме местности месторождения природного камня лежащем в диапазоне от -2 до + 25 °С. б) Производительность штрипсовой распиловки зависит от скорости подачи пильной рамы и загрузки подрамного пространства распиловочного станка. Установлено, что с ростом предела прочности на сжатие от 100 до 300 МПа и микротвердости природного камня от 2500 до 5000 МПа скорости опуска пильной рамы уменьшаются: при запиливании с 22 до 10 мм/час, при пилении до заглубления пил с 34 до 14 мм/час, при основной фазе распиловки с 30 до 45 мм/час, при допиливании с 40 до 22 мм/час. Определено, что производительность штрипсового распиловочного станка возрастает на 30 - 40 % при увеличении загрузки подрамного пространства с

0,5 до 0,8, что достигается применением комбинированного способа с использованием алмазно-канатного пиления (без применения операции пассировки блоков на камнеобрабатывающем предприятии).

7) На основании анализа существующих карьеров по добыче прочных пород разработана классификация предприятий по производственной мощности и выходу блоков. Установлено, что производственная мощность колеблется в диапазоне от 200 до 10000 мЗ/год, причем до 80 % предприятий имеют производственную мощность до 1500 мЗ/год. Показатель выхода блоков находится в пределах от 10 до 68 %.

8) Используя классификацию предприятий по производственной мощности и выходу блоков, а также методику выбора способа подготовки блоков к выемке сформированы 9 комплексов оборудования. Определен тип, типоразмер и количество добычного и распиловочного оборудования для каждого комплекса.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Калинин, Михаил Александрович, Москва

1. Ацагорян З.Л. и др. Облицовочный камень СССР. Ереван: Айастан, 1982.

2. Бакка Н.Т. Прогнозирование блочности на месторождениях облицовочных гранитов горногеологическими методами// Дисс. к.т.н. Фонды МГИ, 1974, 166 с.

3. Бакка Н.Т. Обоснование межшпруовых расстояний при контурном взрывании // Экспресс-информация. Серия «Промышленность нерудных и неметаллорудных материалов» / ВНИИЭСМ. 1986, вып. 3. с. 8-10.

4. Варданян К.С. Современные камнеобрабатывающие станки и поточные линии. Ереван: Айастан, 1975. с. 226.

5. Карасев Ю.Г., Бакка Н.Т. Природный камень. Добыча блочного и стенового камня. Учебное пособие. СПб.: 1997. с. 427.

6. Казарян Ж.А. Природный камень. Добыча, обработка, применение. Справочник. М.: Петрокомплект, 1998. с. 252.

7. Галлиев Ж.К. Экономика предприятия. М.:МГТУ, 2001. с. 303.

8. Першин Г.Д. Энергетический принцип расчета поверхностного разрушения горных пород алмазно-абразивным инструментом // Изв. Вузов Горный журнал. 1992. № 6. - с. 69-76.

9. Першин Г.Д., Гуров М.Ю., Ахметшин М.А. Поверхностная прочность природного камня // Добыча, обработка и применение природного камня. Сборник трудов. Магни горгоск: МГТУ, 2003. - с. 159 - 169.

10. Першин Г.Д., Сердюков В. В., Гуров М.Ю. Основные критерии процесса обработки природного камня алмазно-абразивным инструментом // Добыча, обработка и применение природного камня. Сборник трудов. -Магниторгоск: МГТУ, 2001. с. 109 - 119.

11. Гальперин М.И., Абергауз В.Д. Машины для резания камня // Москва: ГНТИ Машиностроительная литература, 1964. С. 338.

12. Бычков Г.В. Направления повышения эффективности технологий добычи и обработки природного камня на Урале: Дисс. д-ра техн. наук. -Екатеринбург, 2003. 349 с.

13. Сычев Ю.И. Атлас-Каталог. Облицовочно-декоративный камень // Москва, Внешторгиздат. 1993, с.275.

14. Marble Stat 2002 by Frederick Bradley, 2002 Promorama.

15. Stone 2002 World Marketing Handbook by Carlo Montani, 2002 Gruppo Editoriale.

16. Сычов Ю.И. и др. «Природокаменные ресурсы России. Каталог».М.: Издательский дом «Полет», 2004 С. 316.

17. Мельников Н.В., Чесноков М.М. Исследования эффективности способов отбойки пород при добыче природного камня. М.: Издательство ИГД им. А.А. Скочинского, 1964.

18. Давтян К.Д., Левсковский ГЛ. Технология алмазно-канатного пиления и комплексное использование минерального сырья/ Под ред. акад. К.Н. Трубецкого. М.: ИПКОН РАН, 2004. - с. 288.

19. Бакка Н.Т. «Разработка технологии и комплексов оборудования добычи блоков из высокопрочных трещиноватых пород» Дисс. д.т.н. Житомир, 1986. с. 378.

20. Г. Д. Першин, Е.В. Северин, Ю.Е. Овчаров «Методика расчета рациональных параметров буровзрывных работ при добыче блочного гранита». Добыча, обработка и применение природного камн: Сб. науч. тр. -Магнитогорск: МГТУ, 2004. с. 271.

21. Ю.А. Маляров, М.Х. Пешкова. Учебное пособие для выполнения экономической части дипломных проектов. М., МГГУ, 1994, с. 58.

22. Птичников Е.В, Калинин М.А. «Обоснование эффективного взаимодействия камнедобычного и камнераспиловочного оборудования при производстве слябов из прочных пород». Горный информационно-аналитический бюллетень. № 9. М.: МГГУ, 2004. с. 24-28.

23. Валуев И. В. и др. Безотходная технология добычи и обработки блочного природного камня. М.: Недра, 1994. с. 192

24. Гуров М.Ю. Обоснование технологических параметров добычи и разделки гранитных блоков канатно-алмазными пилами: Дисс. канд. техн. наук. Магнитогорск, 2002. - 130 с.

25. Иванов Ю.И., Носов Н.В. Эффективность и качество обработки инструментами на гибкой основе. М.: Машиностроение, 1985. с. 86

26. Ковальчук Ю.М. и др. Основы проектирования и технология изготовления алмазного и абразивного инструмента. М.: Машиностроение, 1984 с. 288

27. Акопян Р.В., Баграмян В.А. Руководство по канатной технологии и добычи блоков и эксплуатации канатных пил. Ереван: МПСМ АрмССР, НИИКС, 1977. с. 46

28. Сычев Ю.И. Трудоемкость обработки камня // Империя камня. 2002. № 1-2. с. 20-23.

29. Сычев Ю.И., Берлин Ю.Я., Шалаев И.Я. Оборудование для распиловки камня. Я.: Стройиздат, 1983. с. 312.

30. Сычев Ю.И. Берлин Ю.Я.,. Шалаев И.Я. Оборудование для распиловки камня. J1.: Стройиздат, Ленинградское отделение, 1983.

31. Ю. И. Сычев, Ю.Я. Берлин Распиловка камня. М.: Стройиздат, 1989

32. Назаренко С.В., Давтян К.Д. Повышение эксплутационных показателей алмазно-канатных контуров //Камень и бизнес. 2003. № 2 с. 30-32.

33. Назаренко С.В. Методы оперативного планирования камнеобрабатывающего производства//Дисс. к.т.н., М. МГГУ, 2002.

34. Р. Юбельт, П. Шрайтер Определитель горных пород. Пер. с нем., «Мир», 1977, С. 233.

35. Справочник физических свойств горных пород // Под ред. Н.В. Мельникова, В.В. Ржевского, М. М. Протодъяконова. М.: Недра, 1975. -279 С.

36. Свойства горных пород и методы их определения. / Е.И. Ильницкая, Р.И. Тедер, Е.С. Ватолин, М.Ф. Кунтыш. М.: Недра, 1969. - с. 392.

37. Каталог оборудования фирмы «Gaspari Menotti» (Италия).

38. Калинин М.А. Выбор оптимальных режимов распиловки прочных пород на рамных штрипсовых станках с неармированными пилами. Дис . маг. -М. МГГУ, 2002. 90 с.

39. Бычков Г.В. Технология подготовки к выемке вскрышных пород на месторождениях природных облицовочных камней: Автореф. дис. .учен, степ. канд. техн. наук. Свердловск: СГИ, 1985 - 20 с.

40. Аглюков Х.И., Гуров М.Ю. Обоснование эффективной технологии добычи блочного гранита // Добыча, обработка и применение природного камня. Сборник научных трудов. Магнитогорск. 2003, вып. 3. с. 114-118.

41. Федорин В.Ю. Маркетинг природного камня. Научно-методические разработки. М.: 2001. - 200 с.

42. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Ч. 1. Производственные процессы. М.: Недра, 1985, 510 с.

43. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Ч. 2. Технология и комплексная механизация. М.: Недра, 1985, 550 с.

44. Ржевский В.В., Томаков П.И. Схемы комплексной механизации на карьерах. М.: МГИ, 1967, 148 с.

45. Ястребинский М.А. Экономика добычи и переработки строительных горных пород. М.: Высшая школа, 1978, 279 с.

46. Бакка Н.Т. Разработка технологии и комплексов оборудования добычи блоков из высокопрочных трещиноватых пород// Дисс. д.т.н. Фонды МГИ, 1986,378 с.

47. Бакка Н.Т. Рациональное использование сырья и пути снижения потерь при добыче и обработке природного камня. Научно-технический реферативный сборник, серия «Промышленность нерудных и неметаллорудных материалов». М.: ВНИИЭСМ, 1980, вып. 1. с. 40-44.

48. Косолапов А.И. Исследование и обоснование технологии разработки нагорных месторождении облицовочного мрамора// Дисс. д.т.н. Фонды МГГУ, 1993.264 с.

49. Косолапов А.И., Синьчковский В.Н., Волченко Н.И. Совершенствование технологии добычи блоков мрамора канатными пилами/ Красноярский ин-т цветных металлов. Красноярск: 1984. 7 с. - Деп. во ВНИИЭСМ (Вып. 5, 1984).

50. Косолапов А.И. Технология добычи облицовочного камня. Красноярск: Изд-во К ГУ, 1990. 192 с.

51. Калинин М.А «Методика определения рациональных режимов работы алмазно-канатных установок при добыче блоков прочных пород». № 10. Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 2004. с. 6162.

52. Баграмян В.А. Исследование технологии разработки мраморных месторождений с применением канатных пил (на примере Кибик-Кордонского месторождения): Автореф. дисс. к.т.н. М.: 1977, 18 с.

53. Decroly I. С. Stone extraction from the quarry using diamond wire // Indastrial diamond review. 1981. -41, №483. - p. 80.

54. Давтян К.Д. Исследование эффективной технологии добычи мраморных блоков на примере карьеров Армянской ССР.: Автореф. дисс. к.т.н. М.: 1973.32 с.

55. Калинин М.А. «Выбор рациональных параметров разработки месторождений мрамора с учетом систем трещиноватости массива». Сборник научных трудов студентов магистратуры МГГУ Вып. 2. М.: МГГУ, 2001 г. с. 116-119.

56. Косолапов А.И., Волченко Н.И. Определение параметров технологии добычи блоков мрамора невзрывчатыми разрушающими средствами// Строительные материалы. 1990. № 1. с. 5-6.

57. Чирков А.С., Пегроченков Р.Г., Лазоватский Г.А. Технология распиловки блоков природного камня на плиты // Разработка средств механизации,энергообеспечения и автоматизации открытых разработок. М.: МГИ, 1989. с. 44-51.

58. Мельников Н.В., Трубецкой К.Н., Давтян К.Д. Совершенствование способов открытой разработки месторождений мрамора // Строительные материалы. 1974. -№ 6. с. 4-5.

59. Трубецкой К.Н., Панкевич Ю.Б. Новая техника и технология разработки скальных пород на карьерах строительных материалов с помощью рыхлителей: Обзор. М.: ВНИИЭСМ, 1975. - с. 79.

60. Калинин М.А. «Применение алмазно-канатных установок и комбинированных способов добычи при разработке месторождений природного камня». Сборник научных трудов студентов магистратуры МГГУ Вып. 5. М.: МГГУ, 2005 г. стр. 78-85.

61. Сычев Ю.И. Работоспособность и долговечность камнеобрабатывающего оборудования//Строительные материалы. 1979. №5. С.6-7.

62. Эталоны ТЭО строительства предприятий по добыче и обогащению угля. В. 2 т./ Под научным руководством Г.Л. Красноярский, В.М. Еремеева. М.: Издательство Академии горных наук, 1998. - Т. II. - 271 С.

Информация о работе

Калинин, Михаил Александрович
кандидата технических наук
Москва, 2005
ВАК 25.00.22

Диссертация

Обоснование параметров технологии добычи и распиловки блоков прочных пород - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы