Дослідження впливу сезонних термічних напруг на продуктивність робіт на кар’єрах блочного каменю

Гірські породи в умовах природного залягання зазвичай перебувають у постійному стані всебічного стиску, який обумовлений впливом тиску маси гірських порід, що залягають вище (гравітаційні сили), тектонічних рухів (тектонічних сил), температурних градієнтів і геохімічних процесів. Внутрішній напружений стан у скельних і напівскельних породах виникає під час їх формування: в магматичних – при застиганні й розкристалізації магми, в осадових – при гравітаційному й геохімічному ущільненні осадів, у метаморфічних – при перекристалізації вихідних осадових і магматичних порід та тектонічних рухах, що супроводжують ці процеси. Таким чином, гірська порода після завершення процесів формування покладу перебуває у зрівноваженому стані, але під постійною дією гравітаційних і, головним чином, тектонічних сил.

При проведенні гірничих виробок відбувається порушення природного стану гірського масиву з перерозподілом напруг у ньому. Якщо в суцільному масиві ці напруги були постійними для всіх точок певного об’єму, то в процесі розробки спостерігається їх зростання в прибортовій ділянці масиву. При використанні акустичного методу для оцінки динаміки напружень на кар’єрах блочного каменю було встановлено, що в процесі видобування блоків напруження в них, порівняно з масивом, що розробляється, зростають у середньому на 18 %. Зміна напружено-деформованого стану масиву пов’язана з його сезонними та добовими змінами термічної напруги, викликаної дією сонячної радіації та клімату району проведення робіт. У літню пору року це може спричинити такі технологічні ускладнення, як затискання масивом алмазного каната та бурових штанг, що не відбувається в холодний або помірно теплий період доби чи року. Такі технологічні явища призводять до поломки інструменту та обладнання, а також до зниження продуктивності роботи кар’єру. В холодний період року, особливо при від’ємних температурах, породи втрачають свою в’язкість і стають більш крихкими, що в процесі їх підготовки та безпосереднього виймання може призвести до відколювання частин масиву або моноліту, тобто втрати правильних геометричних розмірів та форми, що, в свою чергу, зменшує блочність видобутку. При мінусових температурах також виникає ризик руйнування порід по тріщинах, заповнених водою. Крім того, зміна поля термічних напружень пов’язана із самим процесом видобування блоків, що також необхідно враховувати. При відокремленні об’ємів каменю від масиву за рахунок буріння і різання в ділянках навколо шпурів і пропилів концентруються додаткові термічні напруги. Локальна зміна напруженого стану спостерігається в процесі розділення відокремленого моноліту на блоки. При переміщенні готових блоків по майданчиках кар’єру через тертя спостерігається локальне нагрівання, що викликає додаткові термічні напруги. Концентрація таких напружень на всіх стадіях видобування гірської маси й пасерування блоків негативно впливає на якість блочної сировини. Внаслідок постійної зміни температури в породі спостерігається збільшення розмірів тріщин, виникнення інших дефектів, що, в свою чергу, може призвести до її руйнування як у процесі видобування, так і на стадії обробки. Врахування процесів теплового розширення порід є необхідною умовою ефективної роботи на кар’єрах блочного каменю. Однак це вимагає проведення ряду досліджень та виявлення меж температур масиву, при яких можливо безпечно для обладнання виконувати основні технологічні операції. Разом з тим, це потребує встановлення пори року та періоду доби, коли найдоцільніше виконувати роботи.

Отже, термічні напруги відіграють важливу роль при веденні робіт на кар’єрах блочного каменю, впливаючи на продуктивність і режим робіт, якість блочної сировини та її ціну. Проведення зазначених вище досліджень у кінцевому підсумку призведе до покращання умов праці та продуктивності каменевидобувного підприємства, а також до зменшення рівня розубожіння покладу.

© О.Ю. Яворський, 2011

140