Для определения необходимых для этого численных зависимостей на карьерах, разрабатывающих Кибик-Кордонское месторождение мрамора, и ряде гранитных месторождений на протяжении многих лет исследовали динамику коэффициента выхода блоков. При этом были использованы данные маркшейдерских замеров, ретроспективного и перспективного прогноза коэффициента выхода блоков с учетом элементов трещин с их координатной привязкой к площадкам уступов.
В результате было установлено, что относительное снижение коэффициента выхода блоков достигает максимума в июле - месяце с наиболее благоприятными климатическими условиями. Для объяснения этого феномена, по данным десятилетних метеонаблюдений рассчитали значения термических напряжений в мраморе на разной глубине в течение года и определили, что их максимум приходится на июль. Это косвенно доказывает зависимость выхода блоков от интенсивности их добычи.
Для проверки взаимосвязи между выходом блоков и напряжением в разрабатываемом массиве сопоставили данные маркшейдерского учета и прогноза выхода блоков, связывая их со скоростью продвижения забоев. В результате было установлено, что чем выше скорость, тем больше относительное снижение выхода блоков. Это можно объяснить уменьшением коэффициента выхода блоков, обусловленным ростом интенсивности техногенной трещиноватости массива, вследствие роста напряжений в мраморе изза увеличения скорости горных работ. Для проверки этого утверждения провели исследования эффективности раскола мраморных блоков гидроклиньями при двухстадийной технологии их добычи. В ходе исследований изучали влияние времени между первой и второй стадиями на силовые параметры разрушения и качество поверхности раскола. Анализ полученных данных свидетельствуют о том, что с увеличением времени между первой и второй стадиями добычи для создания направленной трещины при расколе необходимо прилагать меньшее усилие. При этом качество поверхности раскола мраморных блоков улучшается. Это связано с тем, что напряжения с течением времени релаксируются, а в силу эффекта памяти - концентрируются по плоскостям разрушения.
Табл. 1. -Влияние времени между двумя циклами разрушения на качество поверхности раскола мрамора НРС
|
№ образца |
Время между циклами разрушения, час |
Способ бурения шпуров для НРС |
|
1 |
4-6 |
электро-сверление |
|
2 |
120-140 |
электро-сверление |
|
3 |
240-250 |
ударно-поворотное |
|
4 |
600-610 |
ударно-поворотное |
С этой же целью провели лабораторные исследования эффективности разрушения мрамора зарядами невзрывчатого разрушающего средства (НРС). Для этого блок мрамора с помощью НРС раскололи на четыре равные части (при этом поверхности раскола прошли через центры шпуров с НРС). Затем, через определенное время поочередно раскололи полученные куски мрамора. Результаты проведенных исследований (табл.1) можно объяснить тем, что при разрушении горных пород за пределами плоскости их раздела возникают напряжения, которые суммируются с существующими в породе до разрушения и концентрируются в неоднородностях камня, и при повторном воздействии на камень поглощают дополнительную энергию и ухудшают качество поверхностей разрушения. Причем, чем меньше времени между циклами разрушения, тем значительнее влияние остаточных напряжений на эффективность разрушения.
Анализ наблюдений свидетельствует о зависимости коэффициента выхода блоков от интенсивности горных работ.
В целом, выполненные исследования позволили сделать следующие выводы:
- Увеличение скорости добычных работ в некоторых случаях вызывает снижение коэффициента выхода блоков в 1,3-1,4 раза.
- Увеличение времени между стадиями добычи мраморных блоков за счет релаксации в камне напряжений обеспечивает снижение энергии разрушения и улучшение качества поверхности раскола. Причем, время между стадиями добычи блоков при расколе по слоям можно уменьшать в 2-3 раза по сравнению с расколом вкрест слоев.
- Подготовка мрамора к выемке при предварительном обнажении подготавливаемых объемов камня (проходке разгрузочных щелей) обеспечивает при одинаковой интенсивности горных работ относительный рост выхода блоков на 27-33 %.
- Увеличение скорости подвигания фронта работ в условиях, сходных с Кибик-Кордонским месторождением с 1 до 6 м в месяц сопровождается снижением коэффициента выхода блоков в 1,3-1,5 раза.
Вышеизложенное указывает на необходимость учета геомеханических процессов при обосновании рациональной интенсивности добычных работ. Рациональной следует считать такую скорость добычных работ, которая обеспечивает максимальный объем добычи блоков на месторождении с заданными размерами. Причем, величину скорости необходимо устанавливать с учетом особенностей формирования напряженно-деформированного состояния оцениваемого месторождения мрамора.