Новые средства и технологии отделения от массива и пассировки блочного камня

Уровень потребления камня в значительной степени определяет степень развития цивилизации, Понятия «каменоломня», «ломка камня», сопровождающие становление и развитие многих культур и стран, очень емко и образно отражают процесс привлечения природного камня на службу человеку. Длительное время данные понятия подразумевали процесс откола каменных глыб от горного массива без применения силы взрыва.

До изобретения пороха и динамита у горняков практически не существовало альтернативы безвзрывному способу добычи блоков. Набухание намоченных деревянных клинышков и замораживание воды в шпурах, механические и гидравлические клинья, невзрывчатые разрушающие составы «НРС» и «терморасширяющая» резина - этапы поиска оптимального откалывающего инструмента для эффективной добычи блочного камня с последующим получением из них плит, памятников, пьедесталов и других архитектурных изделий.

Разработанные с открытием черного пороха, взрывные технологии, демонстрировали высокие показатели произво-дительности и эффективности.

Взрыв одновременно решал две технологические задачи: откол и отодвигание блоков при их отделении от массива. Невзрывные технологии добычи успешно выполняли только первую из них, а при отодвигании возникали серьезные технические проблемы, увеличивающие временные и материальные затраты добычи блоков.

Это фактически означало отказ от дальнейшего развития в использовании «клина». Применение канатных пил в принципе не применимо к месторождениям с повышенной и хаотической трещиноватостью массива, характерной, как правило, для залежей основных и мраморизованных пород, а также поделочного камня.

На фоне отказа западных камнедобьггчиков от «клина» прогрессивно выглядит решение использовать «газ» там, где не смогли справиться «жидкость» и «твердое вещество».

Идея использовать газодинамический клин "ГДШ" - новый этап в добыче блоков природного камня.

ГДШ представляют собой пиротехнические заряды местного приготовления. Композиция на основе высокоэффективной окисляющей смеси и нефтепродуктов является уникальным средством отделения и отодвигания блоков горной породы от массива. Газ, выделяемый при высокоскоростном сгорании ГДШ в шпуре, способен развивать огромные усилия, но при этом горная порода не испытывает присущего бризантным ВВ воздействия волны напряжений, способной создавать систему радиальных трещин, а работа выполняется в режиме мягкого, щадящего отталкивания.

ГДШ работает без детонации. Доказательством того, что при сгорании ГДШ не образуется ударной волны, являются остатки полиэтиленовых корпусов ГДШ. Многие корпуса сохраняют до 30-50% поверхности, что в принципе невозможно в случае если бы применяемая композиция обладала бризантностью.

С плоскостей раскола многократно отбирались керновые пробы, результаты изучения которых доказывают, что структура минеральных кристаллов не нарушается в точках непосредственного контакта зарядов со стенками шпура.
Работа ГДШ по многим параметрам аналогична взрыву:

• достаточно высокая скорость горения;
• звуковой эффект, аналогичный «приглушенному взрыву»;
• быстрый отрыв и отодвигание блоков горной породы, визуально неотличимый от процесса разрушения массива при воздействии штатных ВВ.

Вышесказанное позволяет характеризовать новое средство как «квазивзрывное».

В потенциале ГДШ способен отделять и отодвигать от массива любые объемы горной породы, но, независимо от удельной массы используемой композиции, воздействие на массив сохраняется в виде «мягкого» откола и отодвигания.

С сентября 1999 г. по июль 2000 г. на полигоне опытная добыча блоков из габбро-диабаза выполнялась с помощью ГДШ. За указанный интервал времени объемы монолитов, откалываемых от массива, изменялись от 5-10 м3 до 300-400 м3. При этом удельные расходы композиции, составили в среднем 90 г/м3. Установлено уменьшение выхода окола на 15-20%, по сравнению с предшествующим периодом работы на черном порохе.

Горно-добычные работы выполнялись по методике геолога Митрофанова А.Г., разработанной специально для данного типа месторождений. По горизонтальной строчке шпуров производился отрыв монолита и его интенсивное встряхивание путем подбрасывания на высоту до 1 м с целью вскрытия всех природных трещин. Роль третьей открытой поверхности при этом выполняли плоскости субвертикальных трещин I и II порядков.

Включение в данную систему отработки газодинамического клина позволило снизить затраты на добычу блоков и увеличить общий выход товарного камня.

Положительные результаты получены при испытании ГДШ на карьере Букивский в Житомирской области Украины. Изменив систему отработки, которая сама по себе смогла оказаться востребованной в силу того, что ГДШ не привносит вторичных нарушений в породу, удалось за август 2000 г добыть 298 м блоков I-IV групп, в то время как до этого в июле было получено всего 200 м3 блоков III-IV групп.

При этом важно отметить, что все крупные блоки систематически перерабатывались на плиты и ни на одной плите не встречены новообразованные техногенные микротрещины.

ГДШ позволяет существенно повысить эффективность извлечения из недр любых блочных горных пород, в том числе поделочных и содержащих драгоценные кристаллы, обеспечивая при этом снижение себестоимости и повышение сохранности получаемой продукции.

Использование ГДШ позволяет значительно улучшить безопасность выполнения работ.

Не нужно оборудовать специальные склады для хранения компонентов ГДШ отпадает необходимость вывода людей и техники на период зарядки шпуров.

Темп нарастания давления в шпуре поддается плавному регулированию введением различного количества горючего, что позволяет учитывать в работе конкретные горно-геологические условия карьеров и физико-механические свойства добываемого камня. Отсутствие наведенных трещин при отколе блоков с помощью ГДШ объясняется дефлаграционным режимом разложения используемых составов и применением для инициирования электровоспламенителей. В то же время, большая по сравнению с традиционно применяемым черным порохом энергетическая насыщенность предлагаемой композиции позволяет уменьшить ее удельный расход, увеличить шаг бурения массива и, следовательно, снизить себестоимость БВР Благодаря наличию герметичного пластмассового корпуса пенала ГДШ надежно работают в обводненных шпурах.

Необходимо отметить удачно подобранную весьма сильную (степенную) зависимость скорости горения от давления. На открытом пространстве содержимое ГДШ горит со скоростью около 1 мм/сек, а в замкнутом объеме шпура - со скоростями на четыре-пять порядков большими, что обеспечивает необходимую синхронность срабатывания всех зарядов В то же время, ни при работе с ГДШ на карьерах, ни при полигонных экспериментах с ними (ГДШ помещались в корпуса 152-мм снарядов, залитые бетоном, и инициировались как штатными воспламенителями, так и детонатором с 15-граммовым зарядом гексогена) не наблюдалось детонации предложенного состава.

Электровоспламенительные узлы (ЭВУ) к ГДШ разработаны на основе электрокапсюльных втулок от утилизируемых унитарных выстрелов. ЭВУ обеспечивают высокую первоначальную скорость нарастания давления, что гарантирует синхронную работу ГДШ. При этом безопасный ток для ЭВУ в полтора раза больше, чем у ЭД-8, а импульс воспламенения - в два раза больше, чем у ЭД-8, и в четыре раза больше, чем у элеклгровоспламенителей МБ-2Н. Это обеспечивает более высокую безопасность при работе с ГДШ.

Являясь по своей технологической сущности «газовым клином», ГДШ удачно сочетает в себе «мягкость» воздействия на горную породу, характерную для безвзрывных способов, с высокой производительностью, присущей взрывному способу.