7.3.3 Способи відселення блоків (монолітів) каменя від масиву

А) Бурівою. Цей спосіб полягає в тому, що пробурює по лініях намічаного розколу ряду шпурів, розташованих майже впритул один до одного. Для даного способу відділення гранітних блоків від масиву особливо важливо, щоб все шпури кожного ряду розташовувалися точно по заданій лінії розколу і знаходилися в одній площині. Для цієї мети рекомендується використовувати верстати буріння (мал. 7.1) строчки, оснащені 1—4 перфораторами, які дозволяють у декілька разів підвищити продуктивність праці в порівнянні з ручним бурінням, повністю виключити вплив вібрації і шуму на організм оператора, удосконалити технологію добуванняі блоків.

Мал. 7.1. Конструктивна схема верстата буріння строчки:

1 — несуча балка; 2 — гвинтові домкрати; 3 — перфоратор; 4— колонка

Технічна характеристика верстата буріння строчки шпурів в заданому напрямі марки ССБ-2 (розробка ВНІПІїстромсирье) приведена в табл. 7.4.

Таблиця 7.4

Найменування параметрів	Показники
Діаметр шпурів, мм	25-42
Глибина буріння (без заміни бур), м	2—2,5
Зусилля подачі канатно-поршневих податчиків, Н	0—1000
Число перфораторів, шт	2
Тип перфоратора	За бажанням замовника
Кут нахилу при бурінні шпурів, град.	0—90
Максимальна довжина строчки бурів, що пробурюють з однієї установки верстата, м	4,5
Продуктивність по породах середньої фортеці (при використовуванні бурівої коронки долотчатой форми діаметром 32 мм) за 8 ч. роботи, м	170
Витрата повітря, м3/мин.	До 4,5
Робочий тиск в системі, МПа	0,5
Габарити верстата (довжина х висота), мм	5140x3630
Маса, кг	600

Шпури звичайно бурят перфораторами на всю висоту відокремлюваного блоку (до горизонтальної або пологої—постільної тріщини), проте при глибині шпурів більше 2,5—3 м вони відхиляються від заданого напряму, що утрудняє правильний розкол каменя. Шпурами порідні перемички, що залишаються між сусідніми, розбурюються також перфораторами.

Технічна характеристика перфораторів і область їх вживання приведені відповідно в табл. 7.5 і 7.6.

Низька продуктивність бурівого способу відділення блоків каменя від масиву обумовлюється великим об'ємом потрібного буріння, питома витрата якого на кубічний метр блоку, що здобувається, змінюватиметься залежно від розмірів і форми виколюваних блоків. Так, при розмірі блоку 10х5х1 м при оббурюванні його з чотирьох сторін буде потрібно: 2·(10+5)·1 = 30 м шпурів (шпури буряться на відстані 1 м один від одного) або на кубічний метр блоку: 30:50 = 0,6 м/м³, тоді як для блоку розміром 20х10х1 м буде потрібно: 2·(20+10)·1 = 60 м шпурів, що складе на кубічний метр блоку 60:200, що здобувається = 0,3 м/м³, тобто в два рази менше ніж в першому випадку.

Таблиця 7.5

Показники	Марка перфоратора
	ПП36В	ПП54В	ПП54ВБ	ПП63В	ПП63Б	ПП63С
Діаметр бурівої коронки, мм	32—40	32—45	32—6	36—46	36—46	До 46
Число ударів в хвилину	2300	2300	2300	1800	1800	1800
Енергія удару, Дж	37	55	55	65	65	65
Що крутить момент, Нм	20	29,4	29,4	27	27	27,5
Довжина перфоратора, мм	705	775	850	830	900	750
Внутрішній діаметр шланга, мм:
повітряного водяного	25 12,5	25 12,5	25 12,5	25 12,5	25 12,5	25 —
Маса, кг	24	31,5	31,3	33	33	33
Примітки: 1. Розшифровка буквених позначень в марках перфораторів: ПП — перфоратор переносної: В — пилеподавлення водою; Б — бічна промивка; С — продування; 2. Питома витрата повітря, м3/мин, складає 1,3; 3. Робочий тиск повітря 0,5МПа; 4. Розмір хвостовика (діаметр х довжина), мм, 25х108.

Таблиця 7.6

Марка перфоратора	Показники
	Діаметр шпура, мм	Глибина буріння, м, не більш	Коефіцієнт фортеці порід за шкалою проф. М.М. Протодьяконова
ПП36В ПП54В, ПП54ВБ ПП63В, ПП63ВБ, ПП63С	32—40 40—46 40—46	2 4 5	12 14 20

Якщо позначити висоту (до постільної тріщини), ширину і довжину блоку відповідно через h, а, b (м) і прийняти 20 шпурів діаметром 50 мм, що доводяться на 1 м периметра блоку, що оббурюється, то питома витрата буріння (в м/м³) складе:

(7.1)

або при N шпурах на 1 м периметра блоку, м/м³

(7.2)

Вираз (7.2) показує, що питома витрата буріння при відділенні блоку від масиву не залежить від висоти блоку, але зменшуватиметься із збільшенням його довжини і ширини.

Якщо довжина і ширина відокремлюваного блоку збільшуються в п раз, то питома витрата буріння зменшується в стільки ж разів. Насправді, якщо , то після збільшення ширини і довжини блоку в п раз одержимо, м/м³:

(7.3)

або

(7.4)

тому мінімальне значення питома витрата буріння матиме при максимально можливій величині довжини і ширини відокремлюваного блоку. Проте практично розміри блоків каменя обмежуються відстанями між тріщинами, вантажопідйомністю підйомно-транспортних засобів і вимогами споживачів.

Через велику трудомісткість і малу продуктивність бурівий спосіб відділення блоків каменя від масиву не набув на практиці широкого поширення. Звичайно ним користуються у виняткових випадках і лише для добуванняі найцінніших і крупних блоків каменя, оскільки даний спосіб якнайповніші зберігає природні властивості каменя.

Б) ударно-врубової спосіб відділення блоків каменя від масиву здійснюється за допомогою проходки врубових щілин по лініях намічаного розколу за допомогою ударно-врубових машин — ченнелеров, у яких робочим органом є комплект доліт V- і Z-образной форми. Долота, які повідомляється поворотно-поступальний рух великої частоти, завдають удару по каменю, руйнують його і утворюють щілину шириною до 60 мм і глибиною до 6 м. Ченнелери переміщаються по рейках, прокладених уздовж напряму вирубуваної щілини чи і можуть виконувати вертикальні, похилі і горизонтальні вруби. Продуктивність ченнелеров коливається від 5 до 8 м² в зміну. Вони добре себе зарекомендували при обробці монолітних масивів з міцністю каменя до 140 МПа і дозволяють одержувати блоки необхідних розмірів. Проте через велику енергію одиничного удару мають місце порушення монолітності породи. Ширина врубу обумовлює більш високі кількісні і якісні втрати. Хоча даний спосіб і зберігає якість граніту і схожих з ним порід, що здобувається, якнайповніші, він не має у вітчизняній практиці великого розповсюдження унаслідок низької продуктивності.

В) Клиновий спосіб для відділення блоків каменя від масиву заснований на наступних положеннях механіки:

• клин при додатку до нього навантаження дає виграш в силі в стільки разів, в скільки довжина його щок більше ширини обуха, тобто чим менше кут загострення клина, тим більше виграш в силі;

• робота, вироблювана ударом кувалди (мелена) по клину, може створювати достатньо великі зусилля, обмежувані міцністю самого клина і середовища (каменя), в якому він діє.

Виходячи з принципу рівності робіт, скоюваних при ударі кувалди і поглибленні клина в породу, можна записати (Мал. 7.2):

(7.5)

де q — маса кувалди (мелена), кг;

Н — висота падіння кувалди, см;

Q — зусилля, що виникає в клині, кг;

Δh — поглиблення клина в породу від дії удару кувалди, см, тому .

П рактично частина роботи, скоюваної при нанесенні ударів кувалдою по клинах, витрачається на деформацію цих клинів і ділянок породи, безпосередньо до них примикаючих, а також частина роботи втрачається на нагрівання, подолання сил тертя і ін. Величина створюваного в масиві зусилля від дії клина обмежується його міцністю і межею опору породи на розтягування. Інакше мав би місце той, що зім'яв клина або породи, безпосередньо дотичної з ним.

Мал. 7.2. Схема до визначення зусилля, створюваного клином в гранітному масиві

Зусилля, що виникає в клині, може досягти значної величини, а при ударі по клину кувалдою масою 7 кг з висоти 1 м (100 см) і поглибленні клина в породу під дією цього удару на глибину 0,5 см складе, кг:

Залежно від физико-механічних властивостей породи і її тріщіноватості застосовують наступні види клинових робіт: з використанням природної тріщіноватості породи; з розміщенням клинів в кублах, утворюваних за допомогою відбійних молотків.

Пневматичні відбійні молотки застосовують для утворення суцільних борозен і кубел при клинових роботах по відділенню монолітів від масиву і розколюванню їх на блоки, а також при страхуванні блоків. Технічна характеристика молотків приведена в табл. 7.7.

Таблиця 7.7

Показники	Марка молотка
	МО-5ПМ	МО-6ПМ	МО-7ПМ
Маса молотка, кг Довжина молотка, мм Частота ударів в хвилину Робота удару, Дж Надмірний тиск повітря, МПа Витрата повітря, м3/мин Внутрішній діаметр шланга, мм	7,8 540 1500 3 0,5 1,1 16	8,5 580 1300 3,6 0,5 1,1 16	9 630 1100 4,2 0,5 1,1 16

Клинові витрати з використанням природної тріщіноватості можуть бути застосовані в тому випадку, якщо є явно виражені тріщини в масиві. Клини вставляють в тріщини або в кубла, утворювані в тріщині перфораторами.

Клинові роботи з розміщенням клинів в кублах застосовують при висоті відокремлюваного блоку каменя до 1,5 м. Для виколювання блоку каменя по лінії намічаного розколу розробляють суцільну направляючу борозну глибиною 1—1,5 см, використовуючи відбійні молотки, оснащені скарпелем (від італійського scarpello — сталевий круглий або гранований стрижень, розширений до одного кінця у вигляді гостро вигостреної лопатки). В борозні через 10—15 см відбійним молотком із застосуванням набору спеціального інструменту (скарпель, спиця і ін.) виробляють конічні кубла овального перетину глибиною 6—8 см, витягнуті по лінії намічаного розколу породи.

Клиновий спосіб відділення блоків каменя від масиву застосовують при розробці порід, що володіють підвищеною здатністю розколюватися по порівняно рівних площинах, використовуючи клини завдовжки не більше 10 см з кутом загострення біля 30°.

Г) Буроклінової спосіб передбачає два варіанти відділення монолітів від масиву порід — механізований і ручний.

Механізований буроклиновий спосіб заснований на розміщенні в шпурах заставних клинів з гідравлічним приводом.

Конструктивна схема гідроклина приведена на мал. 7.3.

На кар'єрах країни в даний час застосовуються зарубіжні і вітчизняні гідроклинові установки (мал. 7.4). Із зарубіжних найбільше поширення набули гідроклинові установки «Дарда», що виготовляються фірмою «Порт-сфельд» (Німеччина). Технічна характеристика гідроагрегату «Дарда» приведена в табл. 7.8.

Мал. 7.3. Схема гідроклина для розколювання каменя:

1 — поршень з штоком; 2 — клин; 3 — пружинячі щічки; 4 — корпус; 5 — напірний шланг; 6 — зливний шланг

Мал. 7.4. Схема гідроклинової установки для направленого откола блоків: 1 —масляний насос; 2 — золотниковий розподільник; 3 — шланг; 4— гідроклин; 5 — блок

Таблиця 7. 8

Параметри	Показники
Продуктивність гідронасоса, л/мін	5,3
Об'єм різірвуару для масла, л	5,5
Тиск масла, що розвивається насосом, МПа	до 50
Число гідроклинів в комплекті, шт.	5
Габарит установки, мм	1180x650x730
Маса, кг	113

Вітчизняною промисловістю випускаються аналогічні гідроклинові установки моделі КМ-26 (р. Самара), технічна характеристика яких приведена в табл. 7.9.

Гідрокліновая установка складається з гідроагрегату, п'яти гідроклинів і системи високонапірних шлангів.

Згідно генетичної класифікації Р. Болка тріщини в масиві гірських порід підрозділяються на подовжні S, поперечні Q, діагональні Д і первинно-пластові L (пологі, постільні).

Найдоцільніше механічне буроклиновое відколювання блоків забезпечується при такому тому, що розташовує забою, коли підстава відколюваного блоку розміщується на поверхні пологої тріщини L, а одна з бічних або торцевих граней блоку гола. Другу довгу грань відколювання блоку доцільно розташовувати паралельно подовжнім тріщинам S, а торцеву — поперечним Q.

Таблиця 7.9

Параметри	Показники
Тиск масла в гідросистемі, МПа	25
Хід клина, мм	180
Кут клина, град.	4
Переміщення щічок, мм	12,5
Зусилля розпору, кН	2300
Довжина гідроклина, мм	1020
Маса гідроклина, кг	27
Число гідроклинів в комплекті, шт.	5
Габарит установки, мм	1300x710x840
Маса установки, кг	280
Потужність електродвигуна, кВт	4

Для використовування гідроклинів при відділенні монолітів каменя від масиву гірських порід велике значення мають: вибір напряму лінії передбачуваного розколу паралель одній з систем тріщин за наявності трьох голих площин; той, що розташовує шпурів, строгий в площині намічаного розколу; достатня глибина шпурів і найдоцільніша відстань між ними, відповідна якнайменшій питомій витраті буріння; визначення висоти моноліту, відповідне відстані між постільними тріщинами; відношення висоти відокремлюваного моноліту до його ширини до 4:1.

При проведенні робіт слід строго витримувати розміри шпурів, діаметр яких повинен перевищувати діаметр гідроклинів не більше ніж на 2—3 мм, а глибина шпурів бути не менше за довжину гідроклина плюс довжина ходу поршня, інакше знижується розколююче зусилля і вірогідна поломка вістря клина.

В комплект гідроклинових установок входить п'ять гідроклинів, що дозволяє проводити откол моноліту завдовжки до 3 м. При великих розмірах моноліту необхідно використовувати додаткові гідроклинові установки, які можуть відколювати камінь як у вертикальному, так і в горизонтальному напрямах.

Среднерасчетниє параметри шпурів для розміщення гідроклинів при механізованому буроклиновому способі відділення монолітів від масиву приведені в табл. 7.10.

Таблиця 7.10

Найменування параметрів	Виколювання для прямослойних порід
	Висота моноліту
	до 1000 мм	більше 1000 мм
Глибина шпура, мм Відстань між шпурами, мм	80—100 200—250	Рівна висоті моноліту 250—350
Примітка: При заготівці плит завтовшки до 150 мм і при розколюванні косослойного каменя проводиться крізне буріння шпурів незалежно від висоти моноліту.

Слід мати у вигляді, що при розколюванні монолітів гідроклинами повинне дотримуватися співвідношення довжини заставного клина до висоти розколюваного моноліту 1:3—1:4.

Ручний буроклиноий спосіб відділення монолітів від масиву застосовується при розробці порід, що володіють достатньою здатністю розколюватися по порівняно рівних площинах, при якому в шпури, пробурені по лінії передбачуваного розколу, вставляються металеві клини. По клинах рівномірно завдають удару кувалдою до появи тріщини розколу.

Р озколювання каменя найбільш часто здійснюється простими клинами і складними (складовими) клинами з щічками (мал. 7.5), розміщуваними в шпурах круглого або овального перетину, пробурених спеціальним інструментом.

недостатня площа зіткнення простого клина з породою супроводжується руйнуванням останньої в гирлі шпура, що приводить до непродуктивної роботи кольщика. Для усунення цього недоліку застосовують складові клини з двома щічками. Останні вставляють в шпур так, щоб лінія їх контакту співпадала з намічаним напрямом площини откола, виключаючи викривлення лінії откола.

Мал. 7.5. Складовий клин для розколювання каменя: 1 — циліндрова частина клина; 2 — конічна частина клина; 3— щічки.

Слід зазначити, що при розколюванні граніту уздовж напряму розвитку подовжніх тріщин S число ударів для розколювання в 2 рази менше ніж в перпендикулярному напрямі до нього, і приблизно в 5 разів менше ніж в напрямі під косим кутом.

Деякі великокристалічні різновиди гранітів і породи, що важко піддаються розколюванню, вимагають буріння шпурів на всю висоту моноліту при відстані між шпурами 7—10 см. При відділенні моноліту від масиву легко розколюваних порід глибина шпурів може бути від 7 до 12 см, а відстань між шпурами 15—20 см.

Діаметр шпурів залежить від форми і розмірів клинів, а також від глибини шпурів і товщини виколюваного моноліту. При вживанні простих клинів (прямокутного або круглого перетину, довжина клина від 70 до 200 мм, кут загострення біля 30°) і відділенні монолітів легко розколюваних порід при малій глибині шпурів їх діаметр міняється від 20 до 30 мм У важко розколюваних породах при використовуванні складних (з двома щічками) клинів діаметр шпурів приймається від 32 до 45 мм

Розміри складних клинів для розколювання граніту приведені в табл. 7.11.

Таблиця 7.11

Площа перетину розколу, м2	Якнайменші розміри клина		Розміри щічок, мм
	кут загострення, град	довжина, мм	діаметр, мм	зовнішній діаметр	висота
До 1	12	100	18	20	70
1—2	12	120	25	30	100
Більше 2	12	150—250	35	40	До 200

Розрахункові параметри шпурів при виколюванні монолітів з прямослойних порід ручним буроклиновим способом приведені в табл. 7.12.

Таблиця 7.12

Найменування показників	Висота моноліту
	до 1000 мм	більше 1000 мм
Діаметр шпура, мм Діаметр шпура при вживанні клинів, мм: простих складних Відстань між шпурами, мм	70—90 20—25 До 32 150—200	Рівна висоті моноліту 25—30 32—45 150—200

Дані табл. 7.12 повинні уточнюватися для конкретних умов при розробці конкретного родовища.

Гранично допустимі значення висоти розколювання породи механізованим і ручним буроклиновим способами, при яких забезпечується, в основному, повну відсутність діагональних сколовши каменя, складають: для грубозернистих порід (лабрадориту, порфіровидних гранітів і інших схожих з ними порід) — 1,4—1,8 м; для среднезернистих вивержених порід — 1,6—2 м; для дрібнозернистих вивержених пород— 1,8—2,4 м.

Д) Буропідривний спосіб відділення монолітів від масиву частіше за все застосовується на кар'єрах при розробці міцних порід (граніту, базальту і ін.). По типах вживаних ВВ всі відомі способи добуванняі монолітних блоків можна розділити на дві групи: I — способи, що базуються на використовуванні метальних ВВ — чорного (димного) пороху; II — способи, засновані на вживанні бризантних ВВ — в основному, детонуючого шнура (ДШ).

Відділення монолітів шпуровими зарядами димного пороху засновано на використовуванні метальних властивостей пороху. Наростання тиску газів при тому, що згоряє пороху відбувається відносно поволі (розкладання пороху при вибуху протікає з швидкістю близько 400 м/с), і механічна робота в шпурі зростає поступово, що виявляється в розколюванні каменя подібно клиновій дії і у відкиданні моноліту, тобто в метальній дії ВВ. Вживання чорного пороху при правильно вибраних напрямі розколювання і величині заряду не викликає, в основному, утворення нових тріщин в масиві.

Найважливішим параметром, що впливає на вихід блоків при розробці родовища з використанням буропідривного способу добуванняі, є раціональна відстань між шпурами, яка визначає об'єм бурівих робіт і якість площини розколу. При виборі раціональних параметрів буропідривних робіт необхідно дотримувати наступні умови: правильно поєднувати тріщиноватість і анізотропія масиву, що розробляється, які визначають можливу блоковість каменя і його вихід; проводити роботи за наявності трьох голих площин. Глибина шпурів повинна відповідати висоті моноліту, рівній відстані між постільними тріщинами за вирахуванням недобура 0,2—0,3 м до тріщини в його підставі.

Відстань між шпурами в монолітних і малотріщіноватих породах звичайно підбирається досвідченим шляхом, починаючи з 0,3—0,4 м. На добуванняі гранітних блоків відстань між шпурами коливається від 0,5 до 1 м, а діаметр шпура змінюється в межах від 30 до 55 мм

Маса заряду пороху для відділення моноліту від масиву визначається (в кг) по виразу:

Q = qV (7.6)

де q — питома витрата ВВ, кг/м3; V— об'єм відколюваного моноліту, м³.

Особливості будови родовищ природного облицювального каменя вельми різноманітні, тому питома витрата чорного пороху повинна визначатися експериментальним шляхом, починаючи з 0,3 — 0,4 кг/м³, і остаточно уточнюватися в процесі робіт. Слід зазначити, що завишена питома витрата пороху приводить до утворення додаткових тріщин і значного зсуву вибухом моноліту від масиву при нормальному зсуві до 0,2—0,5 м. Більш точним контролем впливу питомої витрати пороху на якість відокремлюваного моноліту є безпосереднє розпилювання блоків на плити у виробничих умовах з урахуванням виходу плит (в м²) на 1 м³ блоку.

Звичайно величину заряду пороху в окремих шпурах визначають розподілом маси загального заряду ВВ на число шпурів і уточнюють її досвідченими вибухами. Довжину гатки рекомендується приймати не менше 22—25 діаметрів шпура, а при висоті монолітів до 1,8 м — не менше 1/3 глибини шпура. Вибух порохових зарядів здійснюється за допомогою вогнепровідного, детонуючого шнура або електрозапальника.

Довжина, ширина і висота (об'єм V) первинного моноліту визначається існуючою природною системою тріщин і напрямами полегшеного розколу каменя. Довжина відокремлюваного від масиву моноліту приймається залежно від відстані між вертикальними тріщинами і досягає 15—20 м, ширина звичайно складає 2,5—6 м, а висота — 2—6 м (залежить від відстаней між постільними тріщинами).

Порохові заряди (діаметр свердловин 100—105 мм) свердловин для відділення монолітів від масиву застосовуються у виняткових випадках, оскільки приводять до утворення мікротріщин в породі, зайвого її дроблення і зменшення виходу блоків(в %). Метод зарядів свердловин використовується при обмежених розмірах кар'єрного поля в плані (недостатня довжина фронту робіт для шпурового методу), незначному виході блоків (до 10—15 %) і виробництві виробів для дорожнього будівництва (бортові і брусчатие каміння).

Для буріння вибухових свердловин і для тріщіноутворення при відділенні монолітів використовуються буріві верстати з погружними пневмоударниками БМК-4М, СБМК-5 і СБУ-100Г-35. Верстати БМК-4М і СБМК-5 зняті з виробництва, але продовжують ще експлуатуватися на кар'єрах. Технічна характеристика бурівих верстатів приведена в табл. 7.13.

Спосіб відділення монолітів від масиву за допомогою детонуючого шнура (ДШ) був запропонований Г.А. Бершивили і Р.В. Міхельсоном. Він заснований на вибуху однієї або декількох ниток ДШ, що поміщаються в шпур. Переваги — можливість вживання способу в будь-яких погодних умовах, високий ступінь безпеки робіт. Недолік — не гарантована якість блоків через відсутність обгрунтованих рекомендацій по вибору раціональних параметрів вибухового відділення монолітів в різних гірсько-геологічних умовах.

Таблиця 7. 13.

Показники	Марка бурівого верстата
	БМК-4М	СБМК-5	СБУ-100Г-35
Діаметр бурівої коронки, мм	105	105	105; 125
Глибина буріння, м	До 35	До 35	Не менше 35
Робота удару поршня, Дж	70—75	70—75	70—75
Частота обертання шпінделя, МІН-1	41	41	46
Видалення шламу	Повітряне	Повітряно-водяне	Повітряне
Надмірний тиск стислого повітря, МПа	0,5—0,7	0,5—0,7	0,5—0,7
Витрата повітря, м3/мин	4,2	4,5	5
Потужність електродвигуна, кВт	3	10	24
Хід верстата	На санчатах, лебідкою або трактором		Гусеничний
Габарити верстата, мм	2470х1000х2070	3100x1850x2300	4000х2300х 2340
Маса, т	0,45	3,34	5

Розрахункові параметри зарядів свердловин, вживаних на кар'єрах, приведені в табл. 7.14

Таблиця 7.14

Найменування параметрів	Показники
Висота уступу, м	До 10
Діаметр свердловини, мм	100—105
Відстань між свердловинами, м	1,5—3
Лінія опору по підошві (ширина моноліту), м	3—5
Питома витрата пороху, кг/м3	0,3—0,4
Витрата буріння, м/м3	0,1—0,3

Суть способу полягає в наступному: по площині намічаного розколу (вертикальної, горизонтальної) буриться ряд шпурів, в які вводяться відрізки ДШ, сполучені в мережу, висаджувану за допомогою детонатора. Порядок відділення моноліту від масиву, розташовує і діаметр шпурів в основному такі ж, як при шпуровому методі вибуху порохових зарядів.

При відділенні моноліту від масиву із застосуванням ДШ необхідно дотримувати додаткові умови: обов'язкова наявність в підставі відокремлюваного моноліту постільних тріщин або штучного врубу; шпури не добурюють до постільної тріщини або штучного врубу на величину 2—3 діаметрів шпура; буріння шпурів виконують верстатами буріння строчки; заряд в шпурах допускається в межах двох ниток ДШ; гатку шпурів не проводять; всі заряди приєднують до єдиної вибухової магістральної лінії ДШ; вибух миттєвий.

Розрахункові параметри буропідривних робіт з використанням ДШ, вживані на кар'єрах, приведені в табл. 7.15.

Таблиця 7.15

Найменування параметрів	Показники
Діаметр шпура, мм	32—42
Відстань між вертикальними і горизонтальними шпурами, мм	200—350
Лінія опору по підошві — ширина моноліту, м	1,3—2,5
Глибина шпурів — висота моноліту, м	1—3
Число ниток ДШ, шт.	1—2
Питома витрата ДШ, м/м3:
при вертикальному відділенні моноліту від масиву	3—4,2
при вертикальному і горизонтальному відділенні моноліту від масиву	5—7

Заслуговує уваги і рекомендується до вживання на кар'єрах розроблена інститутом ВНІПІїстромсирье технологія відділення монолітів від масиву зарядами направленого розколу за допомогою вибуху в шпурах зарядів спеціальної конструкції, виконаних на основі ДШ. За даною технологією відокремлюваний моноліт в намічаних площинах розколу оконтурюють шпурами за допомогою верстатів буріння строчки, в яких розміщують заряди спеціальної конструкції, висаджувані в певній послідовності (мал. 7.6).

Схема вибухової мережі вмонтовується так, щоб заряди, розташовані у вертикальних шпурах, вибухали раніше зарядів в горизонтальних шпурах. Це дозволяє розкритися вертикальній тріщині, яка перешкоджає розповсюдженню тріщини, що виникає при вибуху зарядів, розташованих в горизонтальних шпурах. Експериментальні вибухи, виконані для гранітів карельських родовищ (Шальськоє і «Кашина гора»), дозволили встановити відстань між шпурами 25±5 см для заряду в дві нитки ДШ, розміщуваного в шпурах діаметром 32—42 мм Зразкові параметри відокремлюваних монолітів складають: висота 1—3 м, ширина 1,5—2,5 м, довжина до 20—30 м.

Мал. 7.6. Технологія відділення монолітів від масиву із застосуванням направленого розколу:

І — схема розташовує шпурів, свердловин і вибухової мережі; ІІ — схема розташовує зарядів в масиві; а — за відсутності постільних тріщин; б — за наявності постільних тріщин; ІІІ — конструкція зарядів; 1 — свердловини діаметром 105 мм; 2 — шпури; 3 — детонуючий шнур; 4 — електродетонатор; 5 — сповільнювач-петля ДШ (3,5 м); 6 — порох; 7— прокладка з дерева; 8 — металевий стрижень.

Вживання направленого розколу за допомогою ДШ дозволяє до 50 % понизити об'єм буріння, до 1,5 разів збільшити вихід блоків з масиву, виключити недоліки, властиві пороховим зарядам (небезпека в обігу з порохом при заряджанні шпурів і значна трудомісткість цих робіт, водонестійкість пороху).

В деяких випадках перед вибухом ДШ шпури повністю заливають водою, що дозволяє дещо понизити витрату буріння і збільшити відстань між шпурами. Проте необхідно враховувати, що відділення монолітів у такий спосіб супроводжується збільшенням зони порушення породи вибухом навкруги шпура, оскільки вода є нестискуваною рідиною, і вибух діє у всі сторони з однаковою силою. Тому при гідровзривании за допомогою ДШ верхню частину шпура на глибину 10—15 см рекомендується водою не заповнювати в цілях усунення закольних явищ у верхній частині відокремлюваного моноліту по площині розколу.

Питома витрата ДШ при відділенні монолітів від масиву складає 0,005—0,01 кг/м³.

Е) За допомогою невибухових руйнуючих засобів (НРС)*

Невибухове руйнуюче засіб одержують спеціальним випаленням карбонатних порід з подальшим подрібненням продукту випалення із спеціальними добавками. Воно є порошкоподібним матеріалом світло-сірого кольору з різними відтінками, що порошить, негорючий і не вибухонебезпечний, володіючий лужними властивостями.

Розроблено три композиційні склади НРС.

До складу суміші НРС-1, розробленої московським інститутом ВНІїстром їм. П.П. Будникова, основним компонентом (до 98 %) є обпалене грубодисперсне вапно. Випалення негашеного вапна (СаО) проводиться в печах спеціальної конструкції при температурі понад 1400 °С. Як добавки використовуються борна кислота (Н_зВО_з), кальцинована сода (Nа₂СО_з), хімічна речовина — сульфатно-дріжджова брага. Порошок НРС-1, змішаний з водою в співвідношенні 3:1, утворює пастоподібну масу, яка при затвердінні збільшує свій об'єм, створюючи в руйнованому об'єкті тиск до 50 МПа. Склад НРС-1 характеризується стабільністю властивостей і великим терміном придатності.

НРС, розроблене київським політехнічним інститутом, по складу аналогічно НРС-1. При виготовленні потрібне спеціальне випалення карбонатних порід з гіпсосовмісним каменем (CaSO₄·2Н₂О), потім подрібнення одержаного клінкеру з деякими добавками. Складніша технологія виправдовується кращою якістю суміші, стабільністю її роботи, меншою злежується і більш тривалим терміном зберігання. Розвиває тиск до 50 МПа.

У складі суміші, розробленої львівським політехнічним інститутом, основним компонентом є грубоподрібнене негашене вапно. Від складів ВНІїстром і КПІ відрізняється тим, що при виготовленні суміші не вимагається випалення вапна, що значно знижує її вартість. Приготування суміші здійснюється механічним перемішуванням компонентів. Тиск, що максимально розвивається, 40 МПа. Недоліки: нестабільність властивостей через гасіння негашеного вапна при взаємодії з повітрям; малий термін придатності.

Невибухове руйнуюче засіб може використовуватися як для відділення монолітів від масиву, так і для розколювання монолітів на стандартні блоки.

Для відділення моноліту від масиву за допомогою НРС бурят шпури, діаметр і глибина яких, а також відстань між ними визначаються залежно від физико-механічних властивостей порід. Із збільшенням діаметра шпурів зростає руйнуюче зусилля і вірогідність холостого пострілу шпура вгору без досягнення необхідного ефекту.

Для високоміцних порід при відділенні монолітів від масиву за допомогою НРС раціональний діаметр шпурів, за даними практики, знаходиться в інтервалі 36—60 мм, відстань між шпурами 20—50 см. Глибина шпурів повинна складати не менше 70 % висоти відокремлюваного моноліту. Шпури заповнюються робочою сумішшю НРС на всю глибину.

Приготування робочої суміші здійснюється у відкритій судині, в яку заливають відміряну кількість води, в яку поступово висипають відважена кількість НРС, ретельно перемішуючи масу до отримання хорошої її текучості.

Тривалість приготування маси не повинна перевищувати 8—10 мін. Вода, що використовується для приготування розчину НРС, повинна мати температуру не більше 25 °С. Уменьшение або збільшення витрати води від меж, що рекомендуються, при приготуванні робочої суміші НРС приводить до зменшення його розширяльного зусилля.

Невибухове руйнуюче засіб працює тільки при змішуванні з водою. В результаті хімічної реакції відбувається розширення маси в шпурі, що і створює розколююче (розширююче) зусилля, яке збільшується з часом. Від цього зусилля в породі виникають напруги, які приводять до утворення тріщин, а розширююче зусилля підтримується також після появи тріщин.

Досвідчено-промислові випробування НРС на гранітних кар'єрах (Емельяновськом, Гловінськом, Корнінком) по відділенню монолітів від масиву показали, що зусилля, НРС, що розвиваються, цілком достатні для відділення монолітів об'ємом більше 90 м³ в породах з межею міцності на стиснення до 200 МПа. В порівнянні з традиційними спосіб відділення монолітів від масиву за допомогою НРС дозволяє збільшити вихід блоків з масиву на 5—10 %, виключити руйнуюче дію на масив, підвищити якість блоків.

Витрата НРС на 1 м³ відокремлюваної породи залежить від міцнісних властивостей породи, наявність в ній тріщин, об'єму відокремлюваного моноліту і його розмірів, глибини шпурів, міжшпурівих відстаней і інших показників. Ця витрата для різних порід і різних умов складає 2—5 кг на 1 м³ відокремлюваної породи (на підставі промислових експериментів питома витрата НРС при звідки блоків граніту склав 5 кг/м³, мармуру — 3,5 кг/м³).

Розрахункову питому витрату НРС для відділення двох граней каменя можна визначити (в кг/м³) по формулі:

(7.7)

де l_ш — глибина шпура, м;

А — ширина відокремлюваного каменя, м;

р — місткість шпура, кг/м;

а_ш — відстань між шпурами, м;

Н — висота відокремлюваного каменя, м.

При розколі по одній грані каменя для розрахунку q_H з чисельника формули (7.7) виключають А.

До переваг вживання НРС відносяться: беззвучність розколювання каменя; відсутність сейсмічного ефекту, розльоту осколків породи, викиду твердих і газоподібних продуктів. Недоліки: неможливість використовування НРС при мінусовій температурі; велика тривалість розколювання породи (20—70 ч).

Ж) Установками HRS [23]

HRS — Hydro Rock Splitter (дослівний переклад з англійського — гідравлічний розколювач породи) — силовий елемент типу свердловини, розміщуваний в металевому циліндрі і службовець для створення направленого навантаження на стінки свердловини (шпура) і руйнування міцних порід. Силовий елемент HRS може бути розміщений в свердловині на будь-якій глибині.

Установка HRS укомплектовується джерелом тиску (маслостанцією з електричним або ручним приводом), шлангами низького і високого тиску з швидкоз'ємними з'єднаннями на 6 або 12 силових елементів, які можуть працювати одночасно від однієї маслостанції з розподільником і механічним відсовуючим пристроєм.

Після монтажу установки HRS, який займає декілька хвилин, силові елементи встановлюються в шпури. Потім за допомогою маслостанції починається нагнітання рідини в силові елементи. Останні розширяються в одному напрямі (робочий хід силового елемента для різних конструкцій HRS складає 7—18 мм) і здійснюють направлений откол породи.

Різні модифікації установок HRS випускаються з силовими елементами діаметром 33, 40, 60, 97 і 100 мм, мають робочий тиск від 90 до 125 МПа, розривне зусилля від 1000 до 8500 кН і масу від 1,5 до 25 кг.

При вживанні HRS діаметр свердловин (шпурів) повинен перевищувати діаметр силового елемента на 2—5 мм Установка обслуговується одним оператором.

з) Комбіновані способи

Вживання різних технічних засобів для відділення монолітів від масиву дозволяє повніше використовувати їх переваги, збільшити коефіцієнт виходу і об'єми блоків, понизити трудомісткість, поліпшити організацію і безпеку робіт. Комбіновані способи підготовки гірських порід до виїмки дозволяють більш повно поєднувати і враховувати конкретні гірсько-геологічні умови залягання порід і їх фізико-технічні властивості.

На кар'єрах в основному застосовуються наступні комбіновані способи відділення монолітів від масиву:

• буропідривний (буроклиновий) в поєднанні з термічним способом тріщіноутворення;

• буропідривний (буроклиновий) в поєднанні з буровим способом тріщіноутворення.

Єство комбінованого способу полягає в наступному: в торці відокремлюваного моноліту термічним або бурівим способом проходять відрізну щілину шириною 10—12 см для створення додаткової площини оголення. Подальше відділення моноліту від масиву може проводитися звичайним буропідривним або буроклиновим способами залежно від физико-механічних властивостей і тріщіноватості порід, що розробляються (мал. 7.7).

Комбінований спосіб відділення монолітів від масиву з термічним (за допомогою ручних терморізаків) перетворенням застосовується в основному на гранітних кар'єрах. Терморізак — породоруйнуючий термогазоструйний інструмент, призначений головним чином для прорізання щілин в масиві гірських порід — створення додаткової площини оголення при добуванняі блоків природного каменя.

Мал. 7.7. Схеми відділення моноліту від масиву комбінованим способом:

І — з проходкою відрізної щілини терморізаком; ІІ — те ж, з бурінням свердловин; 1 — відокремлюваний моноліт: 2 — шпури; 3 — відрізна щілина

Терморізак складається з виконавського органу — реактивного пальника, рукоятки і штанги-подовжувача при глибинному руйнуванні гірських порід. При роботі терморізака компоненти горючої суміші (бензин, гас, дизельне паливо, стисле повітря) поступають через індивідуальні введення в порожнину пальника. Високотемпературний газовий струмінь (температура до 2000— 3000 °C) з надзвуковою швидкістю (понад 330 м / с) впливає на поверхню гірських порід. Під впливом високої температури в гірських породах відбувається різке збільшення об'єму окремих мінеральних зерен, що приводить до утворення внутрішніх напруг в поверхневому шарі породи з подальшим її руйнуванням, що протікає звичайно в режимі лущення. Швидкість руйнування породи під дією високотемпературного газового струменя залежить від теплофізичних властивостей породи, її мінералогічного складу, структури, текстури, ступені вивітрилості, тріщіноватості, раціонального використовування енергії газового струменя і ін.

Найбільша продуктивність терморізаків досягається звичайно на монолітних грубозернистих гранітах з високим змістом кварцу (30—40 %) і мінімальним змістом біотиту (до 10 %) —до 2,5 м²/ч при ширині щілини до ПО мм, глибиною до 5 м. Найважливішим чинником, що впливає на продуктивність терморізаків, є раціональне використовування енергії газового струменя, визначуване відстанню від забою щілини до зрізу сопла пальника (оптимальне — 70 мм) і кутом атаки газового струменя (оптимальний — 60°).

Основні достоїнства терморізаків: конструктивна простота, незначна маса. Недоліки: підвищені втрати каменя через значну ширину щілини, вибірковість по відношенню до різних гірських порід, некомфортні умови при експлуатації ручних терморізаків (високий рівень шуму, інтенсивне виділення продуктів горіння і частинок породи в робочій зоні).

Упровадження в технологію добуванняі блоків термогазоструйного способу підготовки каменя до виїмки дозволяє: підвищити якість блоків і зменшити втрати каменя при переробці його на продукцію; збільшити вихід блоків із здобутої корисної копалини; зменшити важкі і трудомісткі ручні роботи по очищенню забоїв при проходці розрізних і флангових траншей буропідривним способом; упорядкувати системи розробки родовищ і підвищити культуру виробництва на кар'єрах блокового каменя.

На ряду гранітних кар'єрів України (Емельяновськом, Корнінськом, Янцевськом і ін.) знайшли вживання ручні терморізаки ТРВ-1 конструкції харківського авіаційного інституту (ХАЇ), технічна характеристика яких приведена в табл. 7.16.

Таблиця 7.16

Найменування параметрів	Показники
Глибина щілини, м	2—3,5
Ширина щілини, см	10—20
Довжина різака з пальником, м	2,6—4,6
Діаметр пальника, мм	54
Діаметр штанги, мм	53
Витрата стислого повітря, м3/мин	5—8
Тиск повітря, МПа	0,5—0,6
Витрата бензину (гасу), л/ч	15—20
Маса терморізаки, кг	7,5 і 19,8

На кар'єрах по добуванняі гранітних блоків в Казахстані і на інших кар'єрах були упроваджені бензоповітряні ручні терморізаки типа БВР-60 конструкції Казахського політехнічного інституту (КазПТІ), технічна характеристика яких показана в табл. 7.17.

Таблиця 7.17

Найменування параметрів	Показники
Тиск подачі, МПа: повітря пального	0,5—0,7 0,5—0,7
Витрата повітря, м3/мин	5—7
Витрата пального, л/ч	12—18
Продуктивність різа щілини, м2/ч	0,4—0,5

Недоліки вживання ручних терморізаків: трудність підтримки оптимальної відстані від зрізу сопла пальника до забою утворюваної щілини (70 мм); безпосереднє знаходження робітника в зоні інтенсивного виділення продуктів горіння і твердих частинок, утворюваних при руйнуванні граніту.

Створені інститутами ХАЇ і КазПТІ на базі ручних терморізаків газоцівкові установки покращують умови праці і підвищують продуктивність терморізання.

Технічна характеристика газоцівкової установки УГР-2 конструкції ХАЇ приведена в табл. 7.18.

Таблиця 7.18

Найменування параметрів	Показники
Число терморізаків, шт.	3
Довжина щілини за один прохід, що прорізається, м	До 7
Глибина щілини, м	До 5
Паливо для запуску	Бензин
Паливо для роботи	Дизельне
Тиск подачі палива і повітря, МПа	0,4—0,9
Витрата палива на один різак, л/ч	15—30
Витрата повітря на один різак, м3/мин	5—10
Встановлена потужність, кВт	13
Обслуговуючий персонал, чіл.	2
Змінна продуктивність, м2/см	8—20
Маса, кг	3500

Слід зазначити, що продуктивність прорізання щілин в монолітних масивах за площею у декілька разів більше, ніж в тріщиноватих. Це пояснюється тим, що в тріщиноватих масивах тріщини заповнені різними цементуючими породами, слабко тими, що піддаються термічному руйнуванню і знижуючими продуктивність різання. По тріщинах відбувається і витік газового струменя.

Щелеобразованіє бурівим способом (див. мал. 7.7, II) виконується звичайно бурівими верстатами з погружними пневмоударниками БМК-4М, СБМК-5, СБУ-100Г-35, верстатами буріння строчки або перфораторами. Єство цього способу полягає в тому, що по лінії намічаного щілистого врубу проводиться суцільне оббурювання (свердловини або шпури буряться в безпосередній близькості один від одного).