Добыча блоков канатными пилами
Камнерезные машины, рабочим органом которых является канат, называются канатными пилами.
В комплект канатной пилы входят следующие элементы (рис. 7.14): приводная станция 1, рабочие стойки 2 с узлом подачи, питатель 3 абразивной пульпы, комплект направляющих стоек 4 со шкивами, бесконечный рабочий контур — канат 5, проходящий через шкивы направляющих и рабочих стоек, натяжная станция 6.
Привод, обеспечивающий движение каната с необходимой скоростью, представляет собой электродвигатель, связанный клиноременной передачей с приводным валом, на котором свободно посажен приводной шкив.
Рабочие стойки, служащие для ориентации каната в заданном направлении распила и обеспечения необходимой его работы в процессе пиления, выполнены в виде сваренных облегченных колонн с моноблоками, которые в щелевом проеме стоек перемещаются посредством системы тросов, червячного редуктора и двух приводных барабанов. На вершине рабочей стойки смонтирован направляющий шкив для передачи каната на моноблок. Направляющие стойки, устанавливаемые одна от другой на расстоянии до 50—60 м, поддерживают канат по всему контуру в процессе работы. Они представляют собой пустотелые штанги, закрепляемые на земле растяжками, с одним или двумя направляющими шкивами. Шарнирное сочленение с фиксацией шкивов со штангами позволяет пространственно ориентировать шкивы в любом направлении и обеспечивает требуемое положение каната.
Натяжное устройство служит для натяжения каната и состоит из тележки с набором груза, перемещающейся по рельсам с углом наклона 30°. По мере опускания каната в пропил тележка поднимается по рельсам вверх, по мере же подъема каната из пропила вверх его ослабление компенсируется опусканием тележки.
Питатель абразивной пульпы состоит из водяного бака, смесителя, комплекта трубопроводов и кранов для регулирования расхода воды и пульпы.
Техническая характеристика некоторых канатных пил и алмазно-канатных установок приведена в табл. 7.26.
Пильный канат представляет собой стальной трос диаметром 3,5—6 мм, состоящий из трех жил диаметром 1,2—1,8 мм, свитый в бесконечную петлю и приводимый в движение приводной станцией со скоростью 6—12 м/с. На одной камнерезной машине длина пильного каната составляет 0,8—1 км, достигая иногда 2—3 км.
Принцип работы канатной пилы заключается в следующем. При движении каната под него в пропил подается абразивный материал — кварцевый песок с водой. Зерна кварцевого песка, попадая в пазы свивки пильного каната, производят микроцарапание — пиление породы, так как песчаное зерно неэластично и не меняет свою форму. Под воздействием нагрузки от каната на зерно последнее передает на распиливаемую породу точечное напряжение до 400 МПа, что значительно превышает прочность камня и приводит к его разрушению. Продукты разрушения вместе с зернами песка и водой выносятся из пропила тем же канатом.
Кварцевый песок, используемый для работы канатных пил, должен содержать не менее 95 % кварца и не более 1,5—2 % глинистых частиц, которые являются смазкой и снижают абразивные свойства песка.
Наибольшая производительность канатных пил достигается при резании зернами песка крупностью 0,2—0,3 мм (их содержание должно быть не менее 60 % в зерновом составе песка), так как зерна данного размера лучше размещаются в пазах свивки каната и захватываются им при движении. При этом скорость резания мрамора прочностью 70—100 МПа составляет 0,5 м2/ч. При снижении содержания фракции 0,2—0,3 мм до 20 % скорость резания уменьшается до 0,2 мг/ч. Для повышения режущей способности канатных пил в кварцевый песок рекомендуется добавлять карбидокремниевый (карборунд SiC) или электрокорундовый (синтетический корунд, состоящий из 91—99 % Аl2О3) абразив. При соотношении в смеси кварцевого песка и карборунда (или электрокорунда) 1:1 скорость резания камня увеличивается примерно в 2 раза, а при использовании в качестве абразива только карборунда (или электрокорунда) — в 2,5—3 раза.
Большое влияние на производительность канатных пил оказывает консистенция абразивной пульпы, т.е. соотношение кварцевого песка и воды, подаваемой в пропил. Рациональной считается величина Т:Ж = 1:3 при расходе пульпы 100—140 кг/ч.
В процессе пиления камня под воздействием абразива и разрушаемых пород происходит уменьшение диаметра каната и снижение его прочности. Поэтому во избежание обрыва его заменяют, как только диаметр каната станет меньше первоначального на 10—15 %. Производительность канатных пил снижается по мере износа каната (при износе каната диаметром 4,5 мм на 0,6—0,7 мм производительность пиления падает до 25 %).
На производительность канатных пил отрицательно влияют: трещиноватость массива и наличие включений прочных пород (при пилении трещиноватых пород происходит более интенсивный износ каната из-за утечки воды в трещины; при проходке включений твердых пород увеличивается вероятность заклинивания каната и последующего его обрыва); длина резания по массиву более 25 м (при длине резания до 25 м зерна кварцевого песка сохраняют свои режущие свойства); скорость движения каната более 6—8 м/с, при которой в зону резания попадает меньшее количество зерен песка; чрезмерное повышение давления каната на забой пропила, что может привести к преждевременному разрыву каната (при длине каната до 1000 м масса груза на натяжной станции должна составлять 200—250 кг); минусовые температуры воздуха.
Технология добычи камня с использованием канатных пил включает следующие основные операции: подготовительные работы; отпиливание монолита от массива; опрокидывание монолита.
При традиционной отработке уступов заходками вдоль фронта работ уступа подготовительные работы при применении канатных пил для отделения монолитов от массива включают первоначально проходку фланговой и опережающей траншей для установки рабочих стоек. В дальнейшем при разработке пород уступа выпиливаемый монолит может быть ограничен с поперечным опережающим пропилом (вместо опережающей траншеи, см. рис. 7.14).
При разработке уступа панелями (полосами породного массива перпендикулярно к линии фронта работ уступа) подготовительные работы сводятся к выполнению по торцам намечаемого к отделению монолита опережающих вертикальных пропилов (рис. 7.15, 11), которые производятся специальной рабочей стойкой с проникающим шкивом, размещаемым в скважине диаметром 220—250 мм.
Проникающий шкив — это нижний шкив пильной стойки, толщина которого незначительно превышает толщину каната. Шкив укрепляется на конце стержня, постепенно погружаемого в пробуренную скважину Прорезая камень, он увлекает за собой канат в глубь пропила Для бурения скважин используются станки пневмоударного бурения. Глубина скважин должна превышать высоту уступа на величину, равную стреле прогиба каната
При применении канатных пил рекомендуются следующие размеры отделяемых от массива монолитов: длина — 14-16 (до 20) м; высота — 4-6 (до 10) м; ширина — 1,4-1,6 (до 3) м. Размеры монолитов подлежат уточнению в процессе работы. Отделение монолита от массива проводится выполнением вертикального пропила. Для этого по торцам монолита устанавливается по одной рабочей стойке, оснащенной механизмом принудительной подачи проникающего шкива. Благодаря проникающим шкивам пильный канат передает давление на забой пропила. Для питания каната абразивом в начале пропила устанавливается питатель (см. рис. 7.15).
Производительность канатной пилы можно определить (в м2/ч) по выражению:
где Lп — длина пропила, м; vп — скорость подачи каната на забой, м/ч (для пород прочностью порядка 170 МПа vп = 0,025 м/ч; при прочности породы 70 МПа — vп = 0,07 м/ч).
Производительность канатных пил по мрамору составляет 1—1,4 мг/ч, расход кварцевого песка — 25—35 кг/ч, воды — 75—105 л/ч, расход каната — 6—8 м на 1 м2 пропила.
После выполнения канатной пилой вертикального пропила для отделения монолита от подошвы уступа по всей длине его основания станком строчечного бурения бурятся шпуры диаметром 42 мм на расстоянии 0,12—0,15 м друг от друга. В каждый шпур помещается по две нитки ДШ, и проводится одновременное взрывание, в результате чего образуется щель в основании монолита. После отделения монолита от подошвы уступа его опрокидывают на предварительно подготовленную подушку из мраморной мелочи (щебня), высота которой у основания монолита должна быть 0—5 см, а затем равномерно увеличиваться в сторону от основания до 70—100 см в его верхней части. Назначение подушки — смягчить силу удара при падении монолита и сохранить его целостность.
Опрокидывание монолитов можно осуществлять бульдозером, лебедкой с помощью тросов или гидродомкратами типа «Титан» фирмы «Пеллегриии». Можно использовать специальные «плоские подушки», размещаемые в естественных трещинах или в пропилах канатных пил и увеличивающиеся в объеме при подаче в них сжатого воздуха.
В комплект гидродомкрата входят тележка (рис. 7.16) и два гидравлических домкрата (рис. 7.17), соединенных с ней гибкими шлангами длиной по 10 м каждый. На тележке смонтирован двухступенчатый насос, развивающий давление до 70 МПа. Насос приводится в действие трехфазным электродвигателем мощностью 3 кВт или двигателем внутреннего сгорания мощностью 5 кВт. Домкраты выполнены из стали с хромированным стержнем, ход которого составляет 120 мм.
Опрокидывание монолитов гидродомкратами осуществляется в следующем порядке. В кровле разрабатываемого уступа на контакте с вертикальным пропилом буровзрывным или иным способом вырабатывают две лунки, в которые устанавливают домкраты (рис. 7.18). При включении домкратов и после отклонения монолита на шаг домкрата в образовавшееся пространство между массивом и монолитом забрасываются камни для фиксации монолита в достигнутом положении после отклонения (рис. 7.19). Затем между массивом и домкратом закладывают жесткие прокладки. Упирая домкрат на них и на монолит, продолжают отклонение монолита. При этом ранее заброшенные камни самопроизвольно опускаются ниже и фиксируют новое достигнутое положение монолита. Аналогичные операции продолжаются до момента опрокидывания монолита.
В дальнейшем опрокинутый монолит разделывается на блоки необходимых размеров. Деление монолитов на блоки может осуществляться канатными пилами, буровзрывным (взрыванием одной нитки ДШ в шпурах) или механизированным буроклиновым способами.
К достоинствам канатных пил следует отнести простоту конструкции, незначительную энерго- и металлоемкость, невысокие потери сырья на пропил, возможность получения монолитов (блоков) больших размеров. Основными недостатками канатных пил являются: сложность эксплуатации при отрицательных температурах; резкое снижение показателей работы при наличии твердых включений и повышенной трещиноватости массива; большой объем горно-подготовительных работ.
Наряду с канатными пилами, производящими резание камня с помощью абразивного материала, существуют канатные пилы с алмазными резцами, оснащенные канатом с режущими элементами — втулками, на внешней стороне которых закреплены связующим веществом кристаллы алмаза. Подаваемая в пропил вода служит для охлаждения резцов и выноса продуктов разрушения породы.
Одна из модификаций канатных пил с алмазными резцами оснащена только приводной станцией. Привод снабжен гидродвигателем и смонтирован на тележке, которая передвигается с помощью лебедки по двум направляющим. Ее техническая характеристика: диаметр приводного шкива — 1200 мм, мощность двигателя — 18 кВт, ход подачи — 1000 мм, длина каната — 20—60 м, диаметр каната — 10 мм, расход воды — 15 л/мин, скорость резания — 20 м/с, производительность при распиловке белого мрамора — 3—5 м2/ч. Бесконечный канат одной стороной кольца (рис. 7.20) охватывает приводной шкив, а другой — разрезаемый камень. Плавное перемещение шкива, необходимое для создания требуемого давления каната, обеспечивает подающий гидроцилиндр. Такая канатная пила может выполнять резание камня в любой плоскости.
