08 Сен 13 ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ ИНТРУЗИВНОГО МАССИВА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОТБОЙКИ МОНОЛИТОВ КВАЗИСТАТИЧЕСКИМИ И ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ

Повышению качества блоков, снижению потерь и отходов камня при их добыче, уменьшению трудозатрат добычных работ способ­ствует информация о свойствах камня. В определении направлений наилучшей делимости камня решающую роль играет анализ ориен­тированной текстуры, которая для каждого вида облицовочного камня и для каждого месторождения обусловлена закономерным расположением минералов. Разрушение породообразующих минералов происходит только по определенным кристалло-графическим плос­костям в зависимости от их положения относительно направления действия нагрузки. Разрушение кварцесодержащих интрузивных глу­бинных пород обусловливается также еще и ориентировкой кристал­лических решеток кварца. Основным разрушающим фактором при квазистатическом и динамическом нагружении породы является рас­тягивающее напряжение по определенному направлению. Наиболее эффективный раскол камня достигается в том случае, когда плоскость раскалывания по направлению близка или совпадает с плоскостью анизотропии, которая определяется направлением самой слабой спай­ности минералов, по которому и происходит наиболее легкий раскол камня. Именно при соблюдении этого условия обеспечивается высокая монолитность отделенного блока (монолита) и минимальная шеро­ховатость его лицевых поверхностей.

В большинстве случаев кварцесодержащие породы включают кварц не в виде отдельных зерен кварца, а в виде агрегатных соединений кристаллов кварца, так называемых кварцевых сверхиндивидов, кото­рым характерна пространственная ориентировка. По этой причине гранитоидам присущи две плоскости облегченного раскола, одна из которых параллельна плоскости сланцеватости и направлению линей­ности агрегатов зерен кварца, а вторая расположена вертикально микротрещиноватости зерен кварца, пространственно совпадая с направ­лением продольных трещин отдельности гранитоидного массива. Направление наилучшей делимости гранита можно определить методом химического травления массива плавиковой кислотой либо петрогра­фическим анализом по отобранным ориентированным образцам. На­илучший раскол камня для всех гранитных месторождений и сходных с ним пород происходит по направлениям развития вертикальных продольных и слабо наклонных пластовых трещин отдельности. Таким образом, текстура камня имеет определяющее значение при выборе направлений его раскола при отделении монолитов и блоков от массива. Существует несколько типов текстур:

Однородная — минеральный состав и структура одинаковы во всех направлениях;

Трахитоидная—субпараллельное расположение таблитчатых кри­сталлов полевых шпатов;

Такситовая — неодинаковые минеральный состав или структура в пределах различных участков породы;

Гнейсовидная — субпараллельное расположение элементов строения породы, причем чаще всего рассматривается ориентировка темно - цветных минералов;

Директивно-полосчатая—субпараллельные слои в породе, име­ющие различную мощность и минеральный состав;

Линейная — субпараллельное расположение призматических или столбчатых минералов.

Травление гранитных массивов плавиковой кислотой показывает, что в гранитах кварц содержится в виде удлиненных неправильной формы агрегатов зерен, имеющих пространственно-линейную ориен­тировку. Исследованиями установлено, что именно линейная текстура, в отличие от однородной и гнейсовидной, является наиболее харак­терной для гранитов и обусловлена она субпараллельным расположе­нием сверхиндивидов кварца. Изложенное убедительно подтверждает, что граниты являются существенно анизотропными породами. Степень удлиненности и ориентированности агрегатов кварца определяет уровень анизотропии, механические и физические характеристики камня.

В плоскостях, параллельных и перпендикулярных направлению линейности кварцевых сверхиндивидов, имеется значительная разница в поверхностной плоскости распределения кварцевых зерен. Это обусловливает различие в сопротивляемости пород типа гранитов резанию или раскалыванию в направлениях, перпендикулярном и па­раллельном линейности кварцевых сверхиндивидов. Глубокое познание структуры гранитов имеет большое значение при изучении механизма разрушения породы в случае приложения механических или взрывных квазистатических нагрузок. Особенно важными являются структурные особенности гранитов, обусловленные взаимоотношениями минераль­ных зерен в объеме породы. Рассматривая пространственное взаимоот­ношение зерен минералов, следует отметить, что наиболее характерной для гранитов принято считать гипидиоморфнозернистую структуру, отличительной чертой которой является частичное проявление хорошо выраженных кристаллографических очертаний у темноцветных мине­ралов и полевых шпатов. Среди других, реже распространенных в гранитоидах структур, нет ни одной, которая базировалась бы на признаке группового распределения зерен кварца в составе данной породы, поэтому для учета группового распределения зерен кварца в объеме породы необходимо вводить в число характерных для гранитов гломеробластовую структуру, отличительной особенностью которой является расположение минералов в виде отдельных групп.

Помимо гранитов гломеробластовая структура характерна также для метаморфических пород. Микроструктурными исследованиями, выполненными в Днепропетровском горном институте (ДГИ), установ­лено, что направление преимущественной ориентировки оптических 284 осей кварцевых зерен не согласуется с направлением линейности сверхиндивидов кварца и может влиять на его прочностные свойства, анизотропию и механизм разрушения гранитоидов. В связи с этим наибольший интерес имеют пространственные распределения и степень раскрытости естественных микротрещин в горных породах. Микро­трещины в гранитах и других сходных с ним породах могут быть открытыми и закрытыми. Открытыми являются микротрещины, ко­торые не заполнены никакими минеральными веществами и появились они на более поздних этапах формирования интрузивного массива.

Закрытые микротрещины—это те, которые образовались в ранней стадии формирования массива, залечивались постмагматическими растворами. Под светооптическим микроскопом их можно увидеть при увеличениях в 50—200 раз, как плоскости, содержащие газово­жидкие включения, например, так называемые пузырьковые микро­трещины в зернах кварца. Если же залечивание микротрещин происходило без газово-жидких включений, увидеть их под светооп­тическим микроскопом невозможно. Необходимо отметить, что плос­кость залегания микротрещины является ослабленным местом в дан­ном минеральном зерне, так как характеризуется очень высокой плотностью концентрации краевых дислокаций кристаллической решет­ки. Залеченные трещины могут быть изучены с помощью электронных микроскопов. Открытые микротрещины можно установить с помощью фотолюминесцентной дефектоскопии или при помощи петрографичес­ких светооптических микроскопов. Исследованиями, выполненными в ДГИ, установлено, что пузырьковые микротрещины распределены в кварцевых зернах в составе гранитов закономерно и ориентированы субпараллельно плоскости, которая имеет строго определенную и ста­бильную ориентировку в пространстве в пределах изучаемого участка карьерного поля. Исследования механизма разрушения гранитов с учетом их структурных и текстурных особенностей позволили установить, что в случае приложения взрывных квазистатических нагрузок направление наилучшего раскола в гранитном массиве совпадает с направлением преимущественной ориентировки пузырь­ковых микротрещин в зернах кварца. При воздействии на гранит динамических взрывных нагрузок направление минимальной энергоем­кости дробления совпадает с направлением преимущественной ори­ентировки сверхиндивидов кварца. Исследованиями ДГИ установлено также, что прочность гранитных образцов при одноосном сжатии в направлении линейности сверхиндивидов кварца на 30—80% больше, чем в направлении перпендикулярном линейности. Такой большой разброс разности значений прочности на сжатие зависит первоочередно от степени удлиненности и ориентированности сверхиндивидов кварца. Так как категорийность породы зависит от прочности, необходимым для гранитов является определение их сопротивляемости одноосному сжатию в соответствии с ориентировкой сверхиндивидов кварца. Если при определении в лабораторных условиях прочности гранитов образцы раздавливались на прессе в направлении, перпендикулярном линейности сверхиндивидов кварца, будут получены заниженные ре­зультаты. Так, для облицовочных гранитов Янцевского месторождения поверхностная плотность распределения кварца в значительной мере зависит от ориентировки поверхности по отношению к направлению линейности сверхиндивидов. Для этого месторождения в плоскости, пер­пендикулярной линейности, содержится 23% кварца, а в плоскости, па­раллельной линейности и сланцеватости,—21%, в плоскости, парал­лельной линейности, но перпендикулярной к сланцеватости,—26%. В подавляющем большинстве случаев плоскость, параллельная линей­ности и сланцеватости, расположена параллельно поверхности кровли отделяемого от массива монолита. Для условий того же Янцевского карьера установлено, что если принять содержание кварца в плоскости кровли за 100%, то в вертикальных плоскостях, перпендикулярных ли­нейности сверхиндивидов кварца, содержится на 9,5% больше кварца, а в вертикальных плоскостях, параллельных линейности, кварца боль­ше на 23,8%. Такая существенная разница в распределении кварцевых зерен в поверхностной плоскости оказывает большое влияние на эффективность взрывной отбойки как квазистатическими, так и дина­мическими взрывными нагрузками. Таким образом, как изложено выше, следует подчеркнуть, что поверхностная плотность распределения кварцевых зерен играет в технологии добычи блоков очень важную роль. С учетом изложенного проходку врубовых щелей при добыче гранитных блоков следует проходить в направлении, перпендикулярном линейности сверхиндивидов кварца, так как это обеспечивает снижение энергозатрат на отделение монолитов от массива и повышает произ­водительность работ. Эффективность отделения монолитов гранита от массива, как отмечено выше, может быть значительно повышена без изменения технологии дббычи и величины капитальных затрат только за счет правильного выбора направлений проходки врубовых щелей и ориентировки линии направленного раскола камня.