МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

На правах рукопису

КОТЕНКО ВОЛОДИМИР ВОЛОДИМИРОВИЧ

УДК 622.1:622.271+622.35

РОЗРОБКА МЕТОДИКИ ОЦІНКИ КІЛЬКІСНИХ І
ЯКІСНИХ ПАРАМЕТРІВ ЛАБРАДОРИТОВИХ
ПОКЛАДІВ З МЕТОЮ ЇХ ГЕОМЕТРИЗАЦІЇ

Спеціальність 05.15.01 – Маркшейдерія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кривий Ріг – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі геотехнологій та промислової екології гірничо-екологічного факультету Житомирського державного технологічного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник : | доктор технічних наук, професор
Бакка Микола Терентійович, завідувач кафедри геотехнологій та промислової екології гірничо-екологічного факультету Житомирського державного технологічного університету Міністерства освіти і науки України.

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор

Зеленський Олександр Семенович, завідувач кафедри інформатики та інформаційних технологій Криворізького економічного інституту Київського національного економічного університету ім. Вадима Гетьмана Міністерства освіти і науки України;

кандидат технічних наук

Бруй Ганна Валеріївна, асистент кафедри маркшейдерії Національного гірничого університету

Міністерства освіти і науки України.

Провідна установа: | кафедра геоінформатики і геодезії Донецького національного технічного університету Міністерства освіти і науки України.

Захист дисертації відбудеться 3 липня 2007 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .052.02 при Криворізькому технічному університеті Міністерства освіти і науки України за адресою: 50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Криворізького технічного університету за адресою: 50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37.

Автореферат розісланий 1 червня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, д. т. н., професор О.М. Голишев

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Україна володіє великими запасами декоративно-облицювального каменю. На сьогодні виявлено понад 300 родовищ та проявів декоративного каменю. Станом на 01.01.2006 р. державним балансом запасів корисних копалин України враховано 172 родовища із запасами 309 ,0 тис. м3 категорій А+В+С1 і 46 ,2 тис. м3 категорії С2.

Завдяки високим декоративним, фізико-механічним та технологічним властивостям декоративний камінь України посідає чинне місце на світовому ринку.

Каменеобробна галузь України за темпами розвитку випереджує каменедобувну галузь, а тому на ринку декоративного каменю нашої держави спостерігається дефіцит на якісну блочну сировину, особливо в секторах високодекоративних різновидів природного каменю. Каменедобувні підприємства України мають поки що недосконалі технології видобування, внаслідок чого, при достатніх розвіданих запасах декоративної сировини, вони не можуть перекрити дефіцит в якісних блоках. На ефективність видобувних робіт і на якість блоків значний вплив має тріщинуватість масиву загалом і окремих ділянок родовища зокрема. Для досягнення високої ефективності видобувних робіт необхідно гірничі роботи організовувати з врахуванням тріщинуватості масиву і проводити детальні структурні дослідження ділянок, які готуються до видобувних робіт. Такі дослідження найкраще проводити методами геометризації на основі визначених кількісних параметрів тріщинуватості та оцінки форм і розмірів природних окремостей покладу декоративного каменю.

Таким чином, розробка методики оцінки кількісних і якісних параметрів покладів декоративного каменю з метою їх геометризації сьогодні є актуальною науково-практичною задачею, розв’язання якої дасть змогу підвищити ефективність технології видобування декоративного каменю та покращити якість блочної сировини.

Науковою задачею роботи є встановлення закономірностей кутових співвідношень між системами тріщин, розвинених в межах родовища, і визначення основних видів природних окремостей, що зустрічаються на лабрадоритових родовищах декоративного каменю в межах Українського кристалічного щита (УКЩ).

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась відповідно до плану держбюджетних робіт Міністерства освіти і науки України у рамках науково-дослідної теми “Вплив гірничо-промислового комплексу на навколишнє середовище, теоретичне обґрунтування заходів з поліпшення екологічної і техногенної безпеки та розробка і впровадження екологічно чистих технологій видобування і переробки сировини”, 2002 р., реєстраційний номер 0102U001343; пріоритетного напрямку розвитку науки і техніки України №4 “Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології”, відповідно до постанови Верховної Ради України від 16.10.1992року №2705.

Мета роботи – розробити та обґрунтувати методологічні основи геометризації природних окремостей декоративних лабрадоритів для підвищення якості блочної сировини при її видобуванні.

Задачі дослідження:

- виконати дослідження геологічної будови, мінерально-речовинного складу та фізико-механічних властивостей лабрадоритів з метою оцінки параметрів тріщинуватості, поділу їх на декоративні різновиди, виявлення в масиві низькодекоративних осередків та оцінки просторового розподілу фізико-механічних властивостей;

- провести дослідження природної тріщинуватості лабрадоритових масивів декоративного каменю; виділити основні системи тріщин, розвинених на окремих родовищах; визначити закономірності поширення систем тріщин; провести дослідження кутових співвідношень між системами розвинених тріщин в межах окремих родовищ і встановити закономірності кутових співвідношень;

- на основі проведених досліджень тріщинуватості і отриманих закономірностей поширення тріщин та кутових співвідношень систем розвинених тріщин встановити основні форми природних окремостей лабрадоритових масивів декоративного каменю і розробити методику класифікації природних окремостей декоративного каменю з визначенням їх найбільш поширених видів;

- розробити методи геометризації природних окремостей декоративного каменю та геометричної оцінки видобувних уступів з метою підвищення ефективності технології відокремлення монолітів від масиву, підвищення якості товарних блоків та визначення основних напрямків зменшення втрат сировини.

Об’єкт дослідження – лабрадоритові поклади декоративного каменю в межах Українського кристалічного щита.

Предмет дослідження – встановлення закономірностей поширення в лабрадоритових покладах систем тріщин і їх кутових співвідношень для оцінки природних окремостей з метою їх геометризації.

Методи досліджень. Для вирішення поставлених в дисертаційній роботі задач використовувались комплексно наступні методи досліджень: аналіз і узагальнення літературних, фондових та геолого-розвідувальних джерел, науково-технічних досягнень в області геометризації родовищ декоративного каменю і його видобування; натурні спостереження за гірничо-геометричними параметрами масивів декоративного каменю; опрацювання результатів натурних спостережень з використанням математичного апарату теорії ймовірностей і прикладної статистики; аналітичний і графоаналітичний аналіз із застосуванням спеціального програмного забезпечення обробки результатів натурних спостережень; геометричний аналіз отриманих результатів.

Наукові положення, які виносяться на захист:

1. Кутові співвідношення випадкових величин орієнтування субвертикальних тріщин систем S – Q, S – D і D – Q лабрадоритових масивів декоративного каменю задовольняють нормальному закону розподілення, а отже, в межах окремого родовища співвідношення випадкових кутових величин орієнтування субвертикальних тріщин знаходиться у відомих межах.

2. У лабрадоритових масивах декоративного каменю системи тріщин S – Q мають кутові співвідношення, близькі до 87,444,7; системи S – D і D – Q – близькі до 50,735,2; системи субвертикальних тріщин S, Q, D і субгоризонтальних L – близькі до 80,523,6.

Наукова новизна отриманих результатів:

- вперше встановлені кутові співвідношення між системами тріщин, розвинених у лабрадоритових покладах декоративного каменю і визначені закономірності їх розвитку;

- вперше оцінені умови формування природних окремостей у лабрадоритових масивах декоративного каменю і визначені кількісні параметри основних чинників, що впливають на умови формування природних окремостей;

- розроблена геометрична класифікація природних окремостей і визначені найбільш поширені їх форми для лабрадоритових покладів декоративного каменю;

- вперше виконано геометризацію природних окремостей природного декоративного каменю на предмет отримання якісної блочної сировини з можливим найбільшим об’ємом товарного блоку правильної паралелепіпедної форми.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій дисертації підтверджують такі чинники:

- кількість проведених експериментальних досліджень, достатня для забезпечення достовірності результатів;

- встановлені в дисертації положення та закономірності підтверджені на практиці;

- розходження експериментальних та аналітичних досліджень становить 3–12%.

Наукове значення роботи полягає у встановлені закономірності кутових співвідношень між системами тріщин, розвинених у лабрадоритових масивах декоративного каменю; обґрунтуванні методики геометризації природних окремостей масивів декоративного каменю з метою підвищення якості блочної сировини.

Практичне значення отриманих результатів роботи полягає у:

- розробці методики геометризації найбільш поширених форм природних окремостей для отримання якісних товарних блоків правильної паралелепіпедної форми максимально можливого товарного об’єму;

- геометризації видобувного уступу масивів природного декоративного каменю з метою підвищення ефективності відокремлення і відтягування монолітів від масиву, а також зменшення втрат сировини.

Впровадження результатів роботи. Результати досліджень прийняті до впровадження на кар’єрах ВАТ "Коростишівський гранітний кар’єр". Теоретичні висновки досліджень реалізовані у навчальному процесі Житомирського державного технологічного університету і Кам’янець-Подільського індустріального технікуму.

Особистий внесок здобувача. Автором самостійно сформульована мета і задачі досліджень, ідея роботи, наукові положення, висновки і рекомендації. Зміст дисертації викладений автором особисто.

Апробація результатів дисертаційних досліджень. Основні наукові положення роботи і її окремі результати доповідалися і обговорювалися на VI міжнародній науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Екологія. Людина. Суспільство” (м. Київ, Україна, 2003 р.); міжнародній науково-технічній конференції “Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості – 2005” (м. Кривий Ріг, Україна, 2005 р.); XXX науковій конференції, присвяченій 45-ій річниці Житомирського державного технологічного університету (м. Житомир, Україна, 2005 р.); II міжвузівській конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Сучасні проблеми екології” (м. Житомир, Україна, 2005 р.); міжнародній конференції “Форум Гірників – 2006” (м. Дніпропетровськ, Україна, 2006 р.).

Публікації. За результатами виконаних дисертаційних досліджень здобувачем опубліковано 9 наукових робіт: 5 у спеціалізованих наукових виданнях, затверджених ВАК України, 4 – матеріали конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, п’яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел із 101 найменування на 11 сторінках, 8 додатків на 57 сторінках. Загальний обсяг роботи становить 219 сторінок, з них 109 сторінок машинописного тексту. У роботі міститься 64 рисунки і 21 таблиця.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовані актуальність теми дисертації і необхідність проведення досліджень, сформульовані мета і задачі досліджень, визначені наукова новизна та практичне значення отриманих результатів, наведені наукові положення, що виносяться на захист, а також дані щодо апробацій та публікацій досліджень.

У першому розділі виконано оцінку мінерально сировинних ресурсів покладів декоративного каменю, проведено аналіз сучасного стану каменедобувної і каменеобробної галузей гірничого виробництва, здійснені узагальнення теоретичних положень і результатів досліджень покладів декоративного каменю УКЩ та технологій видобування природного каменю. За результатами досліджень було встановлено, що Україна володіє унікальними запасами декоративного каменю. Разом з тим, не дивлячись на те, що щорічно зростає динаміка видобутку декоративного каменю і збільшується кількість розвіданих родовищ та каменеобробних підприємств, ефективність каменедобувної і каменеобробної галузей залишаються невисокими. Це пояснюється слабким технологічним оснащенням каменедобувних підприємств, внаслідок чого продуктивність праці в галузі на порядок нижча у порівнянні з показниками провідних країн світу. З іншого боку невисоку продуктивність каменярської галузі можна пояснити недосконалістю податкового і митного законодавства.

Слід зазначити, що ринок декоративного каменю сьогодні є досить насиченим, з високим рівнем конкуренції серед виробників, тому у покупця завжди є можливість вибору за категорією ціна/споживча якість. Крім того, сьогодні спостерігається світова тенденція зростання попиту на вироби з природного декоративного каменю і наявність дефіциту якісної блочної сировини, внаслідок чого каменеобробні підприємства не завантажують повністю свої виробничі потужності, а з боку каменедобувних підприємств спостерігається нераціональне використання природних ресурсів. З огляду на це для підвищення ефективності видобувних робіт і підвищення якості продукції необхідно змінювати підхід до технології видобувних робіт і організовувати їх з врахуванням усіх факторів, які мають вплив на кінцевий результат. Це можна реалізувати шляхом організації каменедобувного виробництва разом на основі впровадження науково-технічних досягнень у технології розробки, а саме: досконалого вивчення геологічної будови родовища, умов залягання, структурних особливостей і тріщинуватості покладів з наступною їх геометризацією і підбором технологічних комплексів та організацією видобувних робіт під конкретне родовище або навіть під конкретні його технологічні ділянки, які мають бути виділені методами геометризації. Саме такий підхід дозволить найбільш раціонально використовувати надра і дасть змогу досягнути високої ефективності при розробці родовищ декоративного каменю.

На основі аналізу наукової літератури, фондових джерел і теоретичних узагальнень була визначена мета та основна ідея дослідження, сформульовані задачі і розроблена загальна методика досліджень, обґрунтовані напрямки та методи дослідження тріщинуватості з послідуючим удосконаленням методики оцінки кількісних і якісних параметрів покладів декоративного каменю для їх геометризації на прикладі лабрадоритових покладів декоративного каменю УКЩ.

У другому розділі проведено дослідження речовинного складу і технологічних властивостей лабрадоритів з метою геометризації форм покладів за технологічними і якісними параметрами на прикладі родовищ лабрадориту, які знаходяться в північно-західній частині УКЩ, в південній частині Володарськ-Волинського кристалічного масиву основних порід Коростенського плутону.

За результатами проведених досліджень було встановлено, що в районах усіх родовищ присутні тектонічні порушення, серед яких найбільш поширеними є порушення північно-східного і північно-західного простягання, а за кутами падіння найчастіше зустрічаються круті кути падіння глибинних розломів – 65–80° або 60–90°.

За зовнішнім виглядом і мінеральним складом виділяють чотири типи лабрадоритів: Головинський, Турчинський, Васьковицький, Кропивенський.

За формою покладів лабрадоритові родовища являють собою відносно крупні тіла, які мають вертикально витягнуту, кишенеподібну і горизонтально витягнуту, лінзоподібну форми залягання. Характерною особливістю залягання лабрадоритів в межах Володарськ-Волинського масиву є їх північно-західна орієнтація приблизно у межах 300 – 335, яка співпадає з загальним напрямом головної зони розлому.

За мінеральним і хімічним складом і за фізико-механічними властивостями лабрадорити УКЩ є подібними. Основним породоутворюючим мінералом є плагіоклаз інколи заміщений калішпатом. Мінеральний склад представлений олівіном, діалагом, піроксеном, калішпатом, біотитом а також рудними та акцесорними мінералами, які, у даному випадку, виступають як шкідливі домішки, що знижуються декоративність лабрадоритів. Основними хімічними сполуками хімічного складу лабрадоритів УКЩ є двоокис кремнію (SiO2), вміст якого коливається від 43,95 до 55,33і в середньому складає 51,8та оксид алюмінію (Al2O3), вміст якого складає від 18,21 до 32,93і в середньому становить 23,6

Характерною ознакою лабрадоритів УКЩ є вміст великої кількості активних окислів у складі газорідинних включень, які при взаємодії з навколишнім середовищем призводять з часом до небажаних якісних змін полірованої поверхні.

У третьому розділі за результатами проведеного аналізу методів дослідження тріщинуватості гірських порід було встановлено, що для вивержених порід декоративного каменю найдостовірнішими методами вивчення тріщинуватості є прямі методи, зокрема метод масових замірів тріщин у вибоях і відслоненнях та метод вивчення керну свердловин колонкового буріння, а дослідження тріщинуватості слід проводити комплексно, використовуючи різні методи на всіх стадіях освоєння родовища декоративного каменю. Для вивчення тріщинуватості масивів декоративного каменю пропонується користуватись методикою, структурна схема якої зображена на рис. .

За результатами проведених досліджень тріщинуватості графоаналітичним способом з використанням спеціального програмного продукту StereoNett Version 2.46 було встановлено, що на усіх лабрадоритових родовищах декоративного каменю УКЩ чітко можна виділити чотири системи тріщин: повздовжні – S, поперечні – Q, діагональні – D і пластові – L. Азимути простягання тріщин даних систем мають ореоли розсіювання, які наближуються до свого полюса.

Було встановлено, що кутові співвідношення випадкових величин орієнтування субвертикальних тріщин систем S – Q, S – D і D – Q лабрадоритових масивів декоративного каменю УКЩ задовольняють нормальному закону розподілення випадкових величин, а отже, в межах окремого родовища ці співвідношення кутових величин орієнтування субвертикальних тріщин знаходяться у відомих межах.

Дослідженнями було встановлено, що системи тріщин S – Q в лабрадоритових масивах УКЩ мають кутові співвідношення, близькі до 87,444,7, а системи тріщин S – D і D – Q – близькі до 50,735,2.

Рис. . Структурна схема методики дослідження тріщинуватості
масивів декоративного каменю

Результатами досліджень кутів падіння різних систем тріщин, розвинених у лабрадоритових масивах УКЩ, було встановлено, що тріщини субгоризонтальних систем мають витримані кути падіння, які в середньому складають – 23,6 (рис. ), тріщини субвертикальних систем також характеризуються витриманими кутами падіння, які в середньому складають – 80,5, (рис. ).

Рис. 2. Діаграма розподілу кутів падіння субгоризонтальних тріщин лабрадоритових масивів декоративного каменю УКЩ

Рис. 3. Діаграма розподілу кутів падіння субвертикальних тріщин лабрадоритових масивів декоративного каменю УКЩ

Система субгоризонтальних тріщин лабрадоритових масивів декоративного каменю (рис. ) характеризується дещо розсіяними величинами кутів падіння, що, частково, можна пояснити можливою присутністю тріщин діагональної системи – D у результатах замірів.

В цілому кутові співвідношення системи субвертикальних тріщин – S, Q, D і субгоризонтальних – L мають кутові співвідношення, близькі до – 80,523,6.

У четвертому розділі розроблено класифікацію природних окремостей декоративного каменю і дослідженні умови їх формування на основі оцінки кількісних параметрів орієнтування систем тріщин. Встановлено, що найбільш поширеними формами природних окремостей в лабрадоритових масивах декоративного каменю УКЩ є призматичний вид природних окремостей з паралелограмною, трапецевидною, трикутною або багатогранною різновидністю і поліедрична або багатогранна, яка найбільше поширена у вигляді трикутної, чотирикутної або багатогранної зрізаної, прямої або похилої, пірамідальної різновидності.

На основі запропонованої методики геометризації природних окремостей лабрадоритових масивів декоративного каменю з метою оцінки якості товарних блоків встановлено:

1. В призматичних паралелограмних природних окремостях коефіцієнт виходу блочної продукції залежить від орієнтування вписаного прямокутника (основи товарного блоку) відносно систем поперечної – Q або повздовжньої – S тріщин і може бути розрахований за наступними формулами:

, , | (1) | де – коефіцієнт виходу блоків відносно системи тріщин Q; – коефіцієнт виходу блоків відносно системи тріщин S; – відстань між площинами тріщин системи S; – відстань між площинами тріщин системи Q; – кут між субвертикальними системами тріщин Q і S.

Графічно це представлено на рис. .

Рис . Графік залежності коефіцієнта виходу блочної сировини від лінійних співвідношень відстаней між тріщинами систем S і Q Отже, в призматичних паралелепіпедних природних окремостях пасерування для отримання найбільшого можливого об’єму товарного блоку необхідно виконувати по коротким косокутним граням за умови, що dL = const.

2. У випадку призматичних ромбічних природних окремостей, за умови dQ = dS, при пасеруванні відносно різних косокутних граней об’єм вписаного товарного блоку не змінюється, тобто в даному випадку від вибору граней в природній окремості об’єм не змінюється і буде залежати тільки від кутових співвідношень систем тріщин Q і S (рис. ),

Рис. . Графік залежності коефіцієнта виходу блоків від кутових співвідношень систем тріщин Q і S

. | (2) | 3. В призматичній трапецевидній природній окремості для отримання найбільшого товарного об’єму блоку пасерування необхідно виконувати по бічним граням трапеції, а коефіцієнт виходу блочної сировини залежить від співвідношення основ трапеції (рис. ) і визначається наступною формулою:

Рис. . Графік залежності коефіцієнта виходу блочної сировини від лінійних параметрів трапецевидної природної окремості

. | (3)

4. В призматичній трикутній природній окремості для отримання найбільшого товарного об’єму необхідно пасерування виконувати паралельно до тієї основи, у якої добуток її довжини на висоту, що опирається на основу, буде мати максимальне значення, причому відстань пасерування буде складати половину висоти, що опирається на дану основу, а коефіцієнт виходу можна розрахувати, використовуючи наступну формулу:

(4) | де с ,5 – коефіцієнт пропорційності; , – кути в основі трикутної призматичної окремості; – відстань між площинами тріщин систем S і Q; – відстань між площинами тріщин систем S і D; – відстань між площинами тріщин систем Q і D.

Графічно залежність коефіцієнта виходу блочної продукції від коефіцієнта пропорційності для призматичної трикутної форми природної окремості представлена на рис. .

Рис. . Графік залежності коефіцієнта виходу блочної продукції від коефіцієнтапропорційності для призматичної трикутної форми природної окремості

5. У поліедричних або багатогранних природних окремостях для отримання товарного блоку найбільшого об’єму необхідно його орієнтувати по основі природної окремості, яка має меншу площу, дотримуючись тих же принципів геометризації, що і при призматичних природних окремостях. При цьому, за рахунок кутів нахилу субвертикальних тріщин, будуть спостерігатися додаткові втрати на пасерування.

При розробці методів геометризації видобувного вибою з метою покращання якості блочної сировини було встановлено, що коефіцієнт виходу блоків залежить від кута падіння пластової тріщини і співвідношення висоти моноліту та глибини заходки, при цьому коефіцієнт виходу і коефіцієнт втрат відповідно можна виразити наступними формулами:

, (5) | де – коефіцієнт виходу блочної сировини; – коефіцієнт втрат блочної сировини; – висота видобувного вибою; – глибина заходки; – кут падіння пластової тріщини.

Графічно ці залежності представлені на рис. .

Рис. . Залежність коефіцієнта виходу блочної сировини від кута падіння пластової тріщини і співвідношення висоти моноліту та глибини заходки

Встановлено також, що при наявності у пластових тріщин кутів падіння створювати площину відокремлення необхідно перпендикулярно до пластової тріщини, оскільки у цьому випадку зусилля на відокремлення і відтягування моноліту від масиву будуть мати менші значення, що аналітично можна виразити наступним чином:

, (рис. , а), | (6) | (рис. , б), | (7) | де, – загальне прикладене зусилля для відокремлення і відсування моноліту від масиву; – зусилля на відокремлення моноліту від масиву; – розподілене вибухове навантаження на відокремлення моноліту від масиву; – зусилля на подолання сили тертя при відтягуванні моноліту від масиву; – динамічний коефіцієнт тертя, що визначається особливостями поверхні, у даному випадку заповнювачем тріщини; – нормальна реакція поверхні пластової тріщини на відокремлений моноліт; – вага відокремленого моноліту.

Рис. . Схема розподілу зусиль у масиві при відокремленні моноліту від масиву:

а – у вертикальній площині; б – у площині, перпендикулярній пластовій тріщині.

Дослідженнями встановлено, що зі збільшенням кута падіння буде зростати і зусилля на відрив, рис. .

Рис. . Графік залежності коефіцієнта виходу сировини від кута падіння пластової тріщини і співвідношення висоти моноліту та глибини заходки

У лабрадоритових масивах УКЩ системи пластових тріщин залягають з деякими кутами до горизонту, що не враховується при видобуванні і спричиняє додаткові втрати сировини і знижує ефективність видобувних робіт.

При наявності похилих верхньої і нижньої граней видобувного уступу відокремлення моноліту від масиву з точки зору прикладених на відокремлення зусиль і посування моноліту раціональніше здійснювати в площинах, перпендикулярних до нижньої похилої грані уступу.

При витриманій паралельності верхньої і нижньої похилих робочих площадок, сформованих природними тріщинами за рахунок орієнтації площини відокремлення перпендикулярно площинам тріщин можна майже повністю уникнути втрат за пасерування.

Втрати за пасерування при відокремлені моноліту від масиву виникають за рахунок наявності різниці у кутах падіння пластових тріщин.

У п’ятому розділі виконано дослідження втрат сировини декоративного каменю в залежності від технології відокремлення моноліту від масиву або поділення його на товарні блоки. Дослідженнями встановлено, що кожен з відомих технологічних способів відокремлення монолітів від масиву або поділення його на товарні блоки буде створювати тільки йому притаманну поверхню грані товарного блоку, при цьому завжди будуть формуватися певні втрати сировини, які формуються особливостями технологічного способу і які рекомендується визначати за наступними формулами:

- при використанні одного технологічного способу для відокремлення або пасерування з усіх граней товарного блоку:

; | (8) | - при використанні комбінованого способу відокремлення або пасерування, коли протилежні грані утворені однаковим технологічним способом:

; | (9) | - при використанні комбінованого способу відокремлення або пасерування, у загальному випадку, коли усі грані утворюються різними технологічними способами:

, | (10) | де – фактична довжина блоку; – фактична ширина блоку; – фактична висота блоку; де, і – середня відстань між положенням торцевих граней продуктивного і фактичного об’ємів; і – середня відстань між положенням бокових граней продуктивного і фактичного об’ємів; , – середня відстань між положенням відповідно верхньої і нижньої граней продуктивного і фактичного об’ємів.

Графічно залежність питомих об’ємних втрат каменю від способу відокремлення і об’єму самого блоку представлена на рис. .

Рис. . Залежність питомих втрат каменю від способу відокремлення і від об’єму товарного блоку, м3/м3

За результатами проведених досліджень встановлено, що найбільшою величиною питомих втрат характеризуються способи відокремлення блоків з використанням термогазоструминних різаків і вибухових речовин, причому характерною ознакою для вказаних способів є те, що їх використання можна розглядати доцільним лише для блоків або масивів, які мають великі об’єми: так для способу з використанням термогазоструминних різаків ці об’єми більші 4,0–5,0 м3; для способу з використанням вибухових речовин – більші 2,0–3,0 м3. Окремою групою способів відокремлення блоків, що мають наближено однакові питомі втрати, є спосіб з використанням клинків і гідроклинків, суцільного буріння і спосіб видобування за тріщинуватістю масиву, причому дані способи доцільно використовувати і для блоків, що мають малі об’єми, навіть менше 1,0 м3. Найбільш раціональним способом відокремлення блоків, з точки зору питомих втрат, є спосіб з використанням канатного пиляння, оскільки він має найменші питомі втрати, причому доцільність і ефективність його використання поширюється на блоки будь-якого об’єму.

При використанні різних технологічних способів відокремлення або пасерування доцільно користуватися питомим показником втрат на одиницю площі грані блоку або моноліту, який можна розрахувати за формулою

, | (11) | де – втрати каменю на даній грані при використанні даного способу відокремлення; – площа даної грані блоку за його фактичними розмірами.

Графічно залежність питомих втрат каменю на одиницю площі грані блоку або моноліту від способу відокремлення представлена на рис. .

Рис. . Діаграма залежності питомих втрат каменю на одиницю площі грані блоку або моноліту від способу відокремлення, м3/м2

Отже, як видно з рис. , найбільшими втратами характеризуються способи відокремлення за допомогою газоструминних пальників і вибухових речовин, середніми втратами – способи відокремлення клинками і гідроклинками, суцільним бурінням і за тріщинуватістю; найменшими втратами – спосіб відокремлення канатним пилянням.

ВИСНОВКИ

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій на основі виконаних досліджень тріщинуватості лабрадоритових масивів декоративного каменю УКЩ і встановлених закономірностей кутових співвідношень між тріщинами окремих систем отримано нове рішення актуальної науково-практичної задачі, яке полягає у розробці методів геометризації природних окремостей декоративного каменю з метою підвищення якості блочної сировини і раціонального використання корисної копалини на прикладі лабрадоритових покладів декоративного каменю УКЩ.

Основні наукові і практичні результати, висновки і рекомендації роботи полягають у наступному:

1. Встановлено, що лабрадорити УКЩ мають подібні мінералогічні, хімічні та фізико-механічні характеристики. Характерною ознакою лабрадоритів УКЩ є вміст окислів металів (титану, алюмінію, заліза), які негативно впливають на оброблюваність породи, її декоративність і умови використання.

2. Доведено, що кутові співвідношення субвертикальних тріщин лабрадортових масивів систем S – Q, S – D і D – Q відповідають нормальному закону розподілення випадкових величин.

3. Встановлено, що в лабрадоритових масивах декоративного каменю системи тріщин S – Q мають кутові співвідношення, близькі до 87,444,7; системи S – D і D – Q – близькі до 50,735,2; системи субвертикальних тріщин S, Q, D і субгоризонтальних L – близькі до 80,523,6.

4. Розроблено геометричну класифікацію природних окремостей лабрадоритових масивів декоративного каменю, встановлено умови їх формування і визначено, що найпоширенішими видами природних окремостей є призматичний вид з паралелограмною, трапецевидною, трикутною або багатогранною різновидністю та поліедричний або багатогранний вид, який найбільше поширений у вигляді трикутної, чотирикутної або багатогранної зрізаної, прямої або похилої пірамідальної різновидності.

5. Розроблено методику геометризації природних окремостей з метою підвищення якості блочної сировини та встановлено, що для отримання блоків правильної паралелепіпедної форми найбільшого товарного об’єму необхідно:

– в призматичних паралелепіпедних природних окремостях пасерування виконувати по коротким косокутним граням;

– в призматичних ромбічних природних окремостях при пасеруванні різних косокутних граней об’єм вписаного товарного блоку не змінюється, тобто в даному випадку від вибору граней в природній окремості об’єм не змінюється;

– в призматичній трапецієподібній природній окремості для отримання найбільшого товарного об’єму пасерування необхідно виконувати по бічним граням трапеції;

– в призматичній трикутній природній окремості для отримання найбільшого товарного об’єму необхідно пасерування виконувати паралельно до тієї основи, у якої добуток її довжини на висоту, що опирається на основу, буде мати максимальне значення, причому відстань пасерування буде відповідати половині висоти, що опирається на дану основу;

– в поліедричних або багатогранних природних окремостях для отримання товарного блоку найбільшого об’єму необхідно товарний блок орієнтувати по основі природної окремості, яка має меншу площу, дотримуючись принципів геометризації тих же, що і при призматичних природних окремостях. При цьому, за рахунок кутів нахилу субвертикальних тріщин, будуть спостерігатися додаткові втрати на пасерування.

6. Доведено, що при наявності похилих верхньої і нижньої граней видобувного уступу відокремлення моноліту від масиву з точки зору прикладених зусиль на відокремлення і посування моноліту раціональніше виконувати у площинах, перпендикулярних до нижньої похилої грані уступу.

7. Встановлено, що різні технологічні способи відокремлення монолітів від масиву характеризуються різними втратами блочної сировини при їх підготовці до виймання та поділі на блоки, причому найбільшими втратами характеризуються способи з використанням термогазоструминних пальників і вибухових технологій, середніми втратами характеризуються способи з використанням клинків, гідроклинків, суцільного буріння, за природною тріщинуватістю та з застосуванням невибухових руйнуючих засобів, а найменші втрати властиві способу з використанням канатного пиляння.

8. Доведено: для усіх способів відокремлення монолітів від масиву характерним є зменшення питомих втрат сировини зі збільшенням об’єму моноліту або блоку.

9. Встановлено, що підготовка блоків до виймання або відколювання монолітів з використанням термогазоструминних пальників або вибухових технологій є ефективною тільки для блоків або монолітів великого об’єму (більшому 4,0 м3).

Список опублікованих праць здобувача за темою дисертації

1. Бакка М.Т., Котенко В.В. Гірничо-геометричне планування гірничих робіт на родовищах облицювального каменю для збільшення коефіцієнту виходу блочної сировини // Вісник Криворізького технічного університету / Збірник наукових праць. – Кривий Ріг: Криворізький технічний університет, 2005. Випуск 9 – С. .

2. Котенко В.В. Аналіз та дослідження сучасних методів визначення тріщинуватості родовищ облицювального каменю // Вісник ЖІТІ / Технічні науки. – 2003. – №1. – С. 218–222.

3. Котенко В.В. Дослідження речовинного складу та фізико-механічних властивостей лабрадоритів Українського кристалічного щита // Вісник ЖДТУ / Технічні науки. – 2006. – №2 (37) – С. –168.

4. Котенко В.В. Дослідження умов формування природних окремостей каменю облицювального лабрадоритових масивів Українського кристалічного щита // Вісник ЖДТУ / Технічні науки. – 2006. – №4 (39) – С. –286.

5. Котенко В.В. Теоретичні узагальнення розвитку природної тріщинуватості масивів вивержених облицювальних порід поліської частини Українського кристалічного щита // Вісник ЖІТІ / Технічні науки. – 2002. – №4 (23) – С. .

6. Котенко В.В. Дослідження тріщинуватості та кутових співвідношень елементів орієнтування субвертикальних систем тріщин лабрадоритових покладів каменю облицювального // Матеріали міжнародної конференції “Форум гірників-2006”. – Дніпропетровськ: НГУ, 2006. – С. 242.

7. Котенко В.В. Гірничо-геометричне моделювання на кар’єрах облицювального каменю з метою раціонального використання природних ресурсів // Збірка тез доповідей VI міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Екологія. Людина. Суспільство”. – К.: НТУ України “Київський політехнічний університет”, 2003. – С. –143.

8. Котенко В.В., Башинський С.І. Дослідження параметрів тріщинуватості масиву гірських порід з метою підвищення коефіцієнту виходу блочної продукції // Збірка доповідей II міжвузівської конференція студентів, аспірантів та молодих вчених “Сучасні проблеми екології”. – Житомир: ЖДТУ, 2005. – С. –71.

9. Котенко В.В., Левицький В.Г. Порівняльний аналіз втрат каменю та продуктивності робіт при підготовці монолітів великого об’єму до виймання різними технологічними комплексами // Тези наукових доповідей XXX наукової конференції присвяченій 45-ій річниці Житомирського державного технологічного університету. – Житомир: ЖДТУ, 2005. – С. –74.

Особистий внесок автора у роботи опубліковані у співавторстві: у роботі [1] – запропоновано методику геометризації природних окремостей і представлені аналітичні залежності параметрів, що визначають вихід блочної продукції; у роботі [8] – визначені напрямки геометризації лабрадоритових покладів з метою отримання найбільшого виходу блочної сировини; у роботі [9] – визначенні основні технологічні напрямки підготовки монолітів великого об’єму до виймання і визначенні чинники, які визначають втрати каменю при використанні даних технологічних комплексів.

АНОТАЦІЯ

Котенко В.В. Розробка методики оцінки кількісних і якісних параметрів лабрадоритових покладів з метою їх геометризації. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.01 – “Маркшейдерія”. – Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2007 р.

Дисертація присвячена питанням гірничо-геометричного аналізу лабрадоритових покладів декоративного каменю Українського кристалічного щита з метою розробки методики оцінки кількісних і якісних їх параметрів. У результаті виконаних досліджень визначені характерні особливості геологічної будови лабрадоритових масивів Коростенського плутону, їх мінералогічний і хімічний склад, а також фізико-механічні властивості. Виконані дослідження тріщинуватості лабрадоритових масивів, виділені їх основні системи тріщин і встановлені закономірності їх поширення. Виявлені аналітичні закономірності кутових співвідношень між основними системами тріщин, розвинених в лабрадоритових покладах Українського кристалічного щита.

На основі теоретичних та експериментальних досліджень встановлені умови формування природних окремостей лабрадоритових масивів і визначені найбільш поширені їх форми. Розроблено методику геометризації природних окремостей з метою отримання якісної блочної сировини максимально можливого об’єму. Запропоновано методи геометризації видобувного вибою з метою покращання якості блоків. Встановлено залежність втрат блочної сировини від різних технологічних способів відокремлення монолітів та поділу їх на товарні блоки.

Отримані результати можуть бути використані для геометризації покладів декоративного каменю і дають змогу підвищити ефективність гірничого виробництва за рахунок покращання якості блочної сировини і раціонального використання природних ресурсів.

Ключові слова: декоративний камінь, лабрадоритові поклади, гірничо-геометричний аналіз, тріщинуватість масивів, природна окремість, кількісні і якісні втрати.

АННОТАЦИЯ

Котенко В.В. Разработка методики оценки количественных и качественных параметров лабрадоритовых залежей с целью их геометризации. – Рукопись.

Диссертация на получение научной степени кандидата технических наук по специальности 05.15.01 – “Маркшейдерия”. – Криворожский технический университет, Кривой Рог, 2007 г.

Диссертация посвящена вопросам горно-геометрического анализа лабрадоритовых залежей декоративного камня Украинского кристаллического щита с целью усовершенствования методики оценки количественных и качественных их параметров. В результате выполненных исследований определены характерные особенности геологического строения лабрадоритовых массивов Коростенского плутона, их минералогический и химический состав, а также физико-механические свойства. Выполнен анализ методов исследования трещиноватости изверженных горных пород и определены наиболее подходящие методы для исследования трещиноватости в массивах декоративного камня, разработана методика исследования трещиноватости залежей декоративного камня. В результате проведенных исследований трещиноватости лабрадоритовых массивов, выделены основные системы трещин и установлены ореолы рассеивания с их полюсами, а также установлены закономерности их распространения. Определены аналитические закономерности угловых соотношений между основными системами субвертикальных трещин и системами субвертикальных и субгоризонтальных трещин, развитых в лабрадоритовых массивах Украинского кристаллического щита.

На основании теоретических и экспериментальных исследований трещиноватости массивов определены условия формирования природных отдельностей лабрадоритовых залежей и определены наиболее распространенные их формы. Разработана классификация природных отдельностей на основании их геометрической формы. Разработана методика геометризации природных отдельностей с целью получения качественного блочного сырья максимально возможного объема на примере наиболее распространенных видов природных отдельностей. Предложены методы геометризации добычного забоя с целью улучшения качества блоков и уменьшения потерь при их отделении от массива, а также предложены методы отделения монолитов от массива, которые дают возможность снизить отрывные усилия при отбойке монолитов от массивов. Установлена зависимость потерь блочного сырья от разных технологических способов отделения монолитов и деления их на товарные блоки.

Полученные результаты могут быть использованы для геометризации залежей декоративного камня и дают возможность повысить эффективность горного производства за счет улучшения качества блочного сырья и рационального использования природных ресурсов.

Ключевые слова: декоративный камень, лабрадоритовая залежь, горно-геометрический анализ, трещиноватость массивов, природная отдельность, количественные и качественные потери.

ANNOTATION

KotenkoDevelopment of methods of quantitative and qualitative parameters estimation of labrodorite deposits with the purpose of their geometrisation. Manuscript.

Dissertation on getting the scientific degree of candidate of engineering sciences, speciality 05.15.01 “Surveying”. - the Kryvorizhskyy technical university, Kryviy Rih, .

Dissertation is devoted to the questions of mining-geometrical analysis of labradorite deposits of decorative stone of Ukrainian crystal shield with the purpose to improve the methods of quantitative and qualitative estimation of their parameters. Certain characteristic features of geological structure of labradorite massif of Korosten plateau, their mineralogical, chemical composition, and their physical-mechanical properties are defined. The researches of labradorite massif fissuring, their basic systems of cracks and the mechanism of their distribution are led. Analytical characteristic of angle correlations between the basic systems of the cracks developed in the labradorite massif of the Ukrainian crystal shield are determined.

The conditions of forming natural parts of labradorite massif are determined on the basis of theoretical and experimental researches. Their most widespread forms are set. The method of geometrisation of natural separations is worked out to get high-quality block raw material of maximum volume. The methods of extractive seat geometrisation to improve the quality of blocks are offered. Dependence of block raw material losses on different technological methods of monoliths separation and their division on commodity blocks.

The results can be used for the geometrisation of ornamental stone deposits. It can raise the efficiency of mining industry by the improvement of quality of block raw material and by the rational use of natural resources.

Keywords: ornamental stone, to labradorite deposits mining-geometrical analysis, massif fissuring, natural separation, quantitative and high-quality losses.