7.4.5 Добування блоків канатними пилами

Каменерізні машини, робочим органом яких є канат, називаються канатними пилами.

В комплект канатної пили входять наступні елементи (мал. 7.14): приводная станція 1, робочі стійки 2 з вузлом подачі, живильник 3 абразивної пульпи, комплект направляючих стійок 4 з шківами, нескінченний робочий контур — канат 5, проходячий через шківи направляючих і робочих стійок, натяжна станція 6.

Привід, що забезпечує рух каната з необхідною швидкістю, є електродвигуном, зв'язаним клинопасовою передачею з приводним валом, на якому вільно посаджений приводний шків.

Робочі стійки, що служать для орієнтації каната в заданому напрямі розпила і забезпечення необхідної його роботи в процесі пилення, виконані у вигляді зварених полегшених колон з моноблоками, які в щілистому отворі стійок переміщаються за допомогою системи тросів, черв'ячного редуктора і двох приводних барабанів. На вершині робочої стійки змонтований направляючий шків для передачі каната на моноблок. Направляючі стійки, встановлювані одна від одної на відстані до 50—60 м, підтримують канат по всьому контуру в процесі роботи. Вони є порожнистими штангами, закріплюваними на землі розтяжками, з одним або двома направляючими шківами. Шарнірне зчленовування з фіксацією шківів з штангами дозволяє просторово орієнтувати шківи в будь-якому напрямі і забезпечує необхідне положення каната.

Натягач служить для натягнення каната і складається з візка з набором вантажу, що переміщається по рейках з кутом нахилу 30°. У міру опускання каната в пропив візок підіймається по рейках вгору, по мірі ж підйому каната з пропила вгору його ослаблення компенсується опусканням візка.

М ал. 7.14. Схема канатної пили

Живильник абразивної пульпи складається з водяного бака, змішувача, комплекту трубопроводів і кранів для регулювання витрати води і пульпи.

Технічна характеристика деяких канатних пил і алмазно-канатних установок приведена в табл. 7.26.

Пільний канат є сталевим тросом діаметром 3,5—6 мм, що складається з трьох жив діаметром 1,2—1,8 мм, звитий в нескінченну петлю і що приводиться в рух приводной станцією із швидкістю 6—12 м/с. На одній каменерізній машині довжина пильного каната складає 0,8—1 км, досягаючи іноді 2—3 км.

Принцип роботи канатної пили полягає в наступному. При русі каната під нього в пропив подається абразивний матеріал — кварцовий пісок з водою. Зерна кварцового піску, потрапляючи в пази звивання пильного каната, проводять мікроцарапання — пиління породи, оскільки піщане зерно нееластичне і не міняє свою форму. Під впливом навантаження від каната на зерно останнє передає на породу, що розпилюється, точкову напругу до 400 МПа, що значно перевищує міцність каменя і приводить до його руйнування. Продукти руйнування разом із зернами піску і водою виносяться з пропила тим же канатом.

Кварцовий пісок, що використовується для роботи канатних пил, повинен містити не менше 95 % кварцу і не більше 1,5 —2 % глинистих частинок, які є мастилом і знижують абразивні властивості піску.

Найбільша продуктивність канатних пил досягається при різанні зернами піску крупною 0,2—0,3 мм (їх зміст повинен бути не менше 60 % в зерновому складі піску), оскільки зерна даного розміру краще розміщуються в пазах звивання каната і захоплюються їм при русі. При цьому швидкість різання мармуру міцністю 70—100 МПа складає 0,5 м²/год. При зниженні змісту фракції 0,2—0,3 мм до 20 % швидкість різання зменшується до 0,2 м²/год. Для підвищення ріжучої здатності канатних пил в кварцовий пісок рекомендується додавати карбідокремнієвий (карборунд SiC) або електрокорундовий (синтетичний корунд, що складається з 91— 99 % Аl₂О_з) абразив. При співвідношенні в суміші кварцового піску і карборунда (або електрокорунду) 1:1 швидкість різання каменя збільшується приблизно в 2 рази, а при використовуванні як абразив тільки карборунда (або електрокорунду) — в 2,5—3 рази.

Великий вплив на продуктивність канатних пил надає консистенція абразивної пульпи, тобто співвідношення кварцового піску і води, що подається в пропив. Раціональною вважається величина Т:Ж = 1:3 при витраті пульпи 100—140 кг/ч.

В процесі пилення каменя під впливом абразиву і руйнованих порід відбувається зменшення діаметра каната і зниження його міцності. Тому щоб уникнути обриву його замінюють, як тільки діаметр каната стане менше первинного на 10—15 %. Продуктивність канатних пил знижується у міру зносу каната (при зносі каната діаметром 4,5 мм на 0,6—0,7 мм продуктивність пилення падає до 25 %).

На продуктивність канатних пил негативно впливають: тріщиноватість масиву і наявність включень міцних порід (при пилении трещиноватих порід відбувається більш інтенсивний знос каната через витік води в тріщини; при проходці включень твердих порід збільшується вірогідність заклинювання каната і подальшого його обриву); довжина різання по масиву більше 25 м (при довжині різання до 25 м зерна кварцового піску зберігають свої ріжучі властивості); швидкість руху каната більше 6—8 м/с, при якій в зону різання потрапляє менша кількість зерен піску; надмірне підвищення тиску каната на забій пропила, що може привести до передчасного розриву каната (при довжині каната до 1000 м маса вантажу на натяжній станції повинна складати 200—250 кг); мінусові температури повітря.

Таблиця 7.26

Технічна характеристика алмазно-канатних установок добуванняі
Показники	«м арфи л»	«Гран-філ»	TDD-I00 «Супер»	TDD-80	«Теледіам TD-55»	«Альфа-840»	«Катрок-860»	ТЛ-920, фірма «Бенетти— машин», Італія	КР-528, Куйбишевській опитно- механічний завод
	фірма «Пеллегріні» Італія				фірма «Бенетті», Італія
Привід	дизельний				електричний
Діаметр приводного шківа, мм	800/600	1000	1100	1100	1100	700	800	500	700
Довжина робочого контура, м	20—60	20—60	20—80	20—«0	20—«0	20—80	20—70	—	800—1000
Швидкість різання, м/с	30/42	10/40	0—45	0-45	45	40	40	35	4,6,8, 10
Максимальний хід, мм	3000	3000	3500	3500	690	3500	3500	3000	—
Встановлена потужність, кВт	34	37,5	72	55,5	37,5	30	30; 36	20	10
Сила натягнення каната, кН	—	—	0—2,5	0—2,5	0—2,5	0—2,5	0—2,5	—	2—2,5
Розміри, мм: довжина ширина висота	2500 1000 1500	2000 1000 1500	4400 1380 1200	4400 1380 1200	2200 1380 1200	4200 2600 1600	4000 2200 1600	1250 800 1250	—
Маса, т.	1,25	1,25	2	2	2	1,6	1,4	0,46	0,7
Продуктивність на білому мармурі, м2/ч	8—12	8—12	8—12	8—10	8—10	8—12	8—12	4—6	0,7—0,9

Технологія добуванняі каменя з використанням канатних пил включає наступні основні операції: підготовчі роботи; відпилювання моноліту від масиву; перекидання моноліту.

При традиційному відробітку уступів заходками уздовж фронту робіт уступу підготовчі роботи при вживанні канатних пил для відділення монолітів від масиву включають спочатку проходку флангової і випереджаючої траншей для установки робочих стійок. Надалі при розробці порід уступу моноліт, що випилюється, може бути обмежений з поперечним випереджаючим пропілом (замість випереджаючої траншеї, див. мал. 7.14).

При розробці уступу панелями (смугами порідного масиву перпендикулярно до лінії фронту робіт уступу) підготовчі роботи зводяться до виконання по торцях намічаного до відділення моноліту випереджаючих вертикальних пропилів (мал. 7.15, 11), які проводяться спеціальною робочою стійкою з проникаючим шківом, розміщуваним в свердловині діаметром 220—250 мм

Проникаючий шків — це нижній шків пильної стійки, товщина якого трохи перевищує товщину каната. Шків зміцнюється на кінці стрижня, поступово занурюваного в пробурену свердловину.

Мал. 7.15. Схема робіт добуванняі із застосуванням канатних пил при відробітку уступу панелями (по І.Е. Лебедеву):

1 — уступ; 2 — дві канатні пили (№1 і № 2); і — привід пили; 4 — натяжний вантаж; 5 — підтримуючі стійкі; 6 — робочі стійки; 7 — канат; 8 — стійка з проникаючим шківом; 9 — система живильників абразиву; 10 — свердловина для розміщення проникаючого шківа: 11 — випереджаючий пропив; 12 — пропив для відділення моноліту; 13— перекинутий моноліт; 14—верстат буріння строчки; 15 — шпури для розколювання моноліту; 16 — шпури в підошві моноліту: 17 — траншея для розміщення робочої стійки

Прорізаючи камінь, він захоплює за собою канат в глибінь пропила. Для буріння свердловин використовуються верстати пневмоударного буріння. Глибина свердловин повинна перевищувати висоту уступу на величину, рівну стрілі прогинання каната.

При вживанні канатних пил рекомендуються наступні розміри відокремлюваних від масиву монолітів: довжина — 14-16 (до 20) м; висота — 4-6 (до 10) м; ширина — 1,4-1,6 (до 3) м. Розміри монолітів підлягають уточненню в процесі роботи. Відділення моноліту від масиву проводиться виконанням вертикального пропила. Для цього по торцях моноліту встановлюється по одній робочій стійці, оснащеній механізмом примусової подачі проникаючого шківа. Завдяки проникаючим шківам пильний канат передає тиск на забій пропила. Для живлення каната абразивом на початку пропила встановлюється живильник (див. мал. 7.15).

Продуктивність канатної пили можна визначити (в м²/ч) по виразу:

Q = L_n-v_n (7.8)

де L_n — довжина пропила, м;

v_n — швидкість подачі каната на забій, м/ч (для порід міцністю порядка 170 МПа v_n= 0,025 м/ч; при міцності породи 70 МПа — v_n = 0,07 м/ч).

Продуктивність канатних пил по мармуру складає 1—1,4 м2/ч, витрата кварцового піску — 25—35 кг/ч, води — 75—105 л/ч, витрата каната — 6—8 м на 1 м² пропилу.

Після виконання канатною пилою вертикального пропила для відділення моноліту від підошви уступу по всій довжині його підстави верстатом буріння строчки буряться шпури діаметром 42 мм на відстані 0,12—0,15 м один від одного. В кожний шпур поміщається по дві нитки ДШ, і проводиться одночасний вибух, внаслідок чого утворюється щілина в підставі моноліту. Після відділення моноліту від підошви уступу його перекидають на заздалегідь підготовлену подушку з мармурових дрібних грошей (щебеня), висота якої у підстави моноліту повинна бути 0 —5 см, а потім рівномірно збільшуватися убік від підстави до 70 —100 см в його верхній частині. Призначення подушки — пом'якшити силу удару при падінні моноліту і зберегти його цілісність.

М ал. 7.16. Візок гідродомкрата «Титан»: 1 — патрубки для підключення шлангів домкрата; 2— манометри; 3— рукоятки включення і відключення домкратів

Мал. 7.17. Гідродомкрат «Титан»: 1 — корпус; 2 — висувний стрижень; 3 — патрубок для під'єднування шланга; 4— ручки

Перекидання монолітів можна здійснювати бульдозером, лебідкою за допомогою тросів або гідродомкратами типа «Тітан» фірми «Пелле-гріні». Можна використовувати спеціальні «плоскі подушки», розміщувані в природних тріщинах або в пропилах канатних пил і що збільшуються в об'ємі при подачі в них стислого повітря.

В комплект гідродомкрата входять візок (мал. 7.16) і два гідравлічні домкрати (мал. 7.17), сполучені з нею гнучкими шлангами завдовжки по 10 м кожний. На візку змонтований двухступінчатий насос, що розвиває тиск до 70 МПа. Насос приводиться в дію трифазним електродвигуном потужністю 3 кВт або двигуном внутрішнього згоряє потужністю 5 кВт. Домкрати виконані із сталі з хромованим стрижнем, хід якого складає 120 мм

Перекидання монолітів гідродомкратами здійснюється в наступному порядку. В крівлі уступу, що розробляється, на контакті з вертикальним пропилом буропідривним або іншим способом виробляють дві лунки, в які встановлюють домкрати (мал. 7.18). При включенні домкратів і після відхилення моноліту на крок домкрата в простір, що утворився, між масивом і монолітом закидається каміння для фіксації моноліту в досягнутому положенні після відхилення (мал. 7.19). Потім між масивом і домкратом закладають жорсткі прокладки. Упираючи домкрат на них і на моноліт, продовжують відхилення моноліту. При цьому раніше покинуте каміння мимовільно опускається нижче і фіксує нове досягнуте положення моноліту. Аналогічні операції тривають до моменту перекидання моноліту.

Надалі перекинутий моноліт обробляється на блоки необхідних розмірів. Розподіл монолітів на блоки може здійснюватися канатними пилами, буропідривним (вибухом однієї нитки ДШ в шпурах) або механізованим буроклиновим способами.

Мал. 7.18. Схема розташовує домкратів при перекиданні моноліту:

1 — уступ; 2 — моноліт, що перекидається: 3 — лунка для розміщення домкрата; 4 — домкрат; 5 — візок; 6 — шланги

Мал. 7.19. Схема перекидання моноліту:

а — положення вставки домкрата; б — положення виходу стрижня домкрата; в — положення вставки прокладок; 1 — моноліт; 2 — домкрат; 3 — прокладки; 4 — каміння для фіксації моноліту: 5 — перекинутий моноліт; 6 — подушка з щебеня

До достоїнств канатних пил слід віднести простоту конструкції, незначну енерго- і металоємність, невисокі втрати сировини на пропил, можливість отримання монолітів (блоків) великих розмірів. Основними недоліками канатних пил є: складність експлуатації при негативних температурах; різке зниження показників роботи за наявності твердих включень і підвищеної тріщіноватості масиву; великий об'єм гірсько-підготовчих робіт.

Мал. 7.20. Відділення блоку каменя від масиву канатною пилою з алмазними різцями:

1, 2 — свердловини; 3 — приводний шків; 4 — канат; 5 — врубова щілина

Разом з канатними пилами, що проводять різання каменя за допомогою абразивного матеріалу, існують канатні пили з алмазними різцями, оснащені канатом з ріжучими елементами — втулками, на зовнішній стороні яких закріплені зв'язуючою речовиною кристали алмаза. Що подається в пропив вода служить для охолоджування різців і винесення продуктів руйнування породи.

Одна з модифікацій канатних пил з алмазними різцями оснащена тільки приводною станцією. Привід забезпечений гідродвигуном і змонтований на візку, який пересувається за допомогою лебідки по двох направляючих. Її технічна характеристика: діаметр приводного шківа—1200 мм, потужність двигуна — 18 кВт, хід подачі — 1000 мм, довжина каната — 20— 60 м, діаметр каната — 10 мм, витрата води — 15 л/міни, швидкість різання — 20 м/с, продуктивність при розпилюванні білого мармуру — 3—5 м²/ч. Нескінченний канат однією стороною кільця (мал. 7.20) охоплює приводний шків, а інший — розрізаючий камінь. Плавне переміщення шківа, необхідне для створення необхідного тиску каната, забезпечує подаючий гідроциліндр. Така канатна пила може виконувати різання каменя в будь-якій площині.