SPSKS
Obsah Přehled lomového dobývání surovin ....................... Chyba! Záložka není definována. Dobývání nezpevněných surovin ............................ Chyba! Záložka není definována. Stav ložisek štěrkopísků v roce 2006 .................. Chyba! Záložka není definována. Informace o produkci vybraných štěrkopískoven v ČR (podle výkazu z 1997)Chyba! Záložka není definována. Skrývky.................................................................... Chyba! Záložka není definována. Technologie suché těžby štěrkopísků...................... Chyba! Záložka není definována. Těžba štěrkopísků z vody ........................................ Chyba! Záložka není definována. Doprava materiálu po vodě ..................................... Chyba! Záložka není definována. Práce drapákového bagru ........................................ Chyba! Záložka není definována. Práce sacích bagrů ................................................... Chyba! Záložka není definována. Těžba sypkých a plastických surovin hydromonitoryChyba! Záložka není definována. Dobývání plastických surovin ................................. Chyba! Záložka není definována. Charakteristické složení a vlastnosti plastických surovinChyba! Záložka není definována. Provádění skrývek a dobývání plastických surovinChyba! Záložka není definována.
SPSKS
Dobývání pevných nerudných surovin.................... Chyba! Záložka není definována. Konzistence surovin a problémy těžby surovin... Chyba! Záložka není definována. Kvalita a kvantita pevných soudržných surovin.. Chyba! Záložka není definována. Dobývací a dopravní mechanizmy ...................... Chyba! Záložka není definována. Dobývání pevných hornin ................................... Chyba! Záložka není definována. Komorové odstřely .............................................. Chyba! Záložka není definována. Výpočet nálože pro KO ....................................... Chyba! Záložka není definována. Clonové odstřely.................................................. Chyba! Záložka není definována. Nakládání suroviny v lomech.................................. Chyba! Záložka není definována. Doprava v lomech.................................................... Chyba! Záložka není definována. Dobývání bloků pro kamenickou výrobu ................ Chyba! Záložka není definována. Výběr hornin těžených pro bloky ........................ Chyba! Záložka není definována. Výlom bloků........................................................ Chyba! Záložka není definována. Metoda odvrtávání perforováním ........................ Chyba! Záložka není definována. Odvrtávání souvislé drážky ................................. Chyba! Záložka není definována. Propalování drážky termickým hořákem............. Chyba! Záložka není definována. Metoda vyřezávání lanem.................................... Chyba! Záložka není definována. Metoda vyřezávání řetězem................................. Chyba! Záložka není definována. Metoda vyřezávání kotoučem.............................. Chyba! Záložka není definována. Metoda vyřezávání kamene vysokotlakým vodním paprskemChyba! Záložka není definována. Nakládání a manipulace při těžbě bloků ............. Chyba! Záložka není definována. Vodorovná manipulace a doprava ....................... Chyba! Záložka není definována. Vázací prostředky pro manipulaci s kamenem.... Chyba! Záložka není definována. 1
Hromadné odstřely v lomech................................... Chyba! Záložka není definována.
Komorové odstřely .............................................. Chyba! Záložka není definována. Clonové odstřely.................................................. Chyba! Záložka není definována. Plošné odstřely..................................................... Chyba! Záložka není definována. Speciální odstřely ................................................ Chyba! Záložka není definována. Účinky odstřelů na životní prostředí ....................... Chyba! Záložka není definována. Plán otvírky a přípravy dobývání ............................ Chyba! Záložka není definována. Příloha č.1- Přehled nových trhavin (po roce 2000) Chyba! Záložka není definována. Příloha č.2- Přehled nabízených el. rozbušek různých stupňů odolnostiChyba! není definována.
Záložka
Příloha č.3 - Nomogram pro určení parametrů CO . Chyba! Záložka není definována. Příloha č.4 - Neelektrické rozbušky ........................ Chyba! Záložka není definována. Příloha č.5 - Výpočet počtu clonových odstřelů ..... Chyba! Záložka není definována. Příloha č.6 - Typické objemové hmotnosti rozpojených materiálů v kg/m3 ....... Chyba! Záložka není definována. Odborná literatura.................................................... Chyba! Záložka není definována.
SPSKS
Prospektový materiál firem ..................................... Chyba! Záložka není definována.
Seznam obrázků
Obr. 1 Průřez štěrkopískovými vrstvami u Zábřehu n/OdrouChyba! Záložka není definována. Obr.2 Oblasti štěrkopísků v České republice ..................... Chyba! Záložka není definována. Obr.3 Graf výkonnosti hrnutí dozerem Caterpillar D 9 ..... Chyba! Záložka není definována. Obr.4 Suchá těžba štěrkopísků; nakládač plní násypku nad pásovou dopravouChyba! není definována.
Záložka
Obr.5 Využití dozeru k plnění násypky pásové dopravy ... Chyba! Záložka není definována. Obr.6 Těžba korečkovým rýpadlem u stěny břehu. ............ Chyba! Záložka není definována. Obr.7 Pohled na moderní korečkový řetěz s naplněnými korečkyChyba! definována.
Záložka
není
Obr.8 Plovoucí korečkové rýpadlo PKR-50. ..................... Chyba! Záložka není definována. Obr.9 Záběr korečku do materiálu ...................................... Chyba! Záložka není definována. Obr.10 Kotvení plovoucího korečkového rýpadla .............. Chyba! Záložka není definována. Obr.11 Naplněný nákladní samovýsypný člun se štěrkopískemChyba! definována.
Záložka
není
Obr.12 Zakotvení elevátoru v přístavu................................ Chyba! Záložka není definována.
2
Obr.13 Řešení otevírání plovákových vrat samovýsypného člunu SVČ – 200;Chyba! není definována. Obr.14 Plovoucí korečkové rýpadlo s připoutanými vlečnými člunyChyba! definována.
Záložka
Záložka
není
Obr.15 Nákladní člun samovýsypný; ................................. Chyba! Záložka není definována.
Obr.16 Plovoucí drapákový bagr DB-250.......................... Chyba! Záložka není definována. Obr.17 Moderní konstrukce drapákového bagru MZBKF 240 v OberrheinuChyba! není definována.
Záložka
Obr.18 Detail rozevřeného drapáku po vyprázdnění .......... Chyba! Záložka není definována. Obr.19 Plovoucí potrubí pro dopravu štěrkopísku od sacího bagruChyba! definována.
Záložka
není
Obr.20 Princip hydropneumatické těžby............................. Chyba! Záložka není definována. Obr.21 Remorkér na tažení člunů ....................................... Chyba! Záložka není definována. Obr.22 Podvodní pásový buldozer Komatsu a způsoby jeho práceChyba! definována.
Záložka
SPSKS
není
Obr.23 Vlečný koreček při těžbě z břehu............................ Chyba! Záložka není definována. Obr.24 Historický snímek ložiska kaolinu s ruční kolejovou přepravouChyba! definována.
Záložka
není
Obr.25 Müllerovo zatřídění horninových masivů .............. Chyba! Záložka není definována. Obr.26 Schéma vrtů pro řízený výlom závěrného svahu ... Chyba! Záložka není definována. Obr.27 Ústí štoly komorového odstřelu .............................. Chyba! Záložka není definována. Obr.28 Zobrazení části projektu komorového odstřelu...... Chyba! Záložka není definována. Obr.29 Výřez z projektu CO; na hranách lomové stěny jsou hodnoty výšky, čísla vrtů Chyba! Záložka není definována. Obr.30 Příprava CO tradičním postupem........................... Chyba! Záložka není definována. Obr.31 Clonový odstřel; spouštění sypké balené trhaviny.. Chyba! Záložka není definována. Obr.32 Řez adjustovaným vrtem CO ................................. Chyba! Záložka není definována. Obr.33 Rýpadlo na housenicovém podvozku s výškovou lopatouChyba! definována.
Záložka
není
Obr.34 Přehled dobývacích a transportních mechanizmů s doporučenými hodnotami efektivního použití. ..................................................................... Chyba! Záložka není definována. Obr.35 Ukázka orientace stran výhodných pro těžbu bloků Chyba! Záložka není definována. Obr.36 Ložisko pískovce v Podhorním Újezdu ................. Chyba! Záložka není definována. Obr.37 Odvrtávání bloků perforováním............................. Chyba! Záložka není definována. 3
Obr.38 Odvrtávání souvislé drážky..................................... Chyba! Záložka není definována. Obr.39 Souprava pro termické řezání kamene .................... Chyba! Záložka není definována. Obr.40 Dialano pro těžbu bloků.......................................... Chyba! Záložka není definována. Obr.41 Vyřezávání kamene lanovou pilou......................... Chyba! Záložka není definována. Obr.42 Schéma řetězové pily .............................................. Chyba! Záložka není definována. Obr.43 Řetězová pila v italském mramorovém lomu. ........ Chyba! Záložka není definována. Obr. 44 Používání velkoprůměrové kotoučové pily na mramorechChyba! definována.
Záložka
není
Obr.45 Vyřezávání bloků vysokotlakým vodním paprskemChyba! Záložka není definována. Obr.46 Pískovcový lom Mšené Lázně. ............................... Chyba! Záložka není definována. Obr.47 Propalování masivu lehkou soupravou ................... Chyba! Záložka není definována. Obr.48 Tepelný hořák řeže v granitovém masivu ............... Chyba! Záložka není definována. Obr.49 Oddělení surového perforovaného bloku hydroklínyChyba! Záložka není definována. Obr. 50 Sloupový jeřáb v kombinaci s jeřábem na housenicovém podvozku z provozu v Žulové ve Slezsku ............................................................. Chyba! Záložka není definována. Obr. 51 Situace sloupového jeřábu instalovaného nad stěnou ložiskaChyba! definována.
Záložka
není
Obr.52 Schéma lanového jeřábu; zobrazeno prohloubení lomu s rozšiřující se obslužnou plochou jeřábu (vpravo) ........................................ Chyba! Záložka není definována.
SPSKS
Obr.53 Schéma pro instalaci několika lanových jeřábů ...... Chyba! Záložka není definována. Obr.54 Sloupový jeřáb bez opěrných ramen kotvený lany do skály.Chyba! definována.
Záložka
není
Obr.55 Mobilní jeřáb zajistí manipulaci několika pracovišť lamačů, lom Božanov ...... Chyba! Záložka není definována. Obr.56 Vzduchový vak ....................................................... Chyba! Záložka není definována. Obr.57 Projekt komorového odstřelu .................................. Chyba! Záložka není definována. Obr.58 Zapojení rozbušky Surface...................................... Chyba! Záložka není definována. Obr. 60 Časování plošného odstřelu ................................... Chyba! Záložka není definována.
4
Přehled lomového dobývání surovin Podle stupně obtížnosti při rozpojování nerostů lze stanovit tři jednoznačně určené skupiny materiálů, které jsou navzájem výrazně odlišné mechanicko technologickými vlastnostmi. Lomové dobývání surovin rozdělujeme do tří skupin. 1.skupina: Materiály nezpevněné - sypké až úlomkovité. Hlavními surovinami jsou písky a štěrkopísky; produkty zvětrávání původních hornin. Jsou lehce rypné, mohou se snadno nabírat lžící, lopatou nebo korečkem. 2.skupina: Materiály plastické – vazké, rypné a snadno rozpojitelné. Tato skupina zahrnuje silikátové suroviny se širokým výběrem technických materiálů a jednou společnou vlastností – rýpatelností. Výběr strojního zařízení se téměř shoduje s první skupinou. 3. skupina: Materiály pevné - obtížně rozpojitelné. Jsou surovinami po různých stupních horotvorných procesů. Do skupiny náleží horniny magmatické, sedimentární i metamorfované. Dobývací postupy vyžadují rozpojení suroviny trhacími pracemi. Pokud ložisko vykazuje velké rozpukání a menší zpevnění materiálu použije se metoda rozrývání. Současný stav ložisek pevných materiálů předurčuje jejich užití především pro výrobu drceného kameniva. U ložisek málo rozpukaných, jsou podmínky pro těžbu celistvých kamenných bloků.
SPSKS
Dobývání nezpevněných surovin
Charakteristickým nezpevněným sypkým materiálem, který se nalézá na mnoha místech s minimálními skrývkami, jsou ložiska nezpevněných sedimentárních hornin. Příznivým výsledkem rozsáhlých denudačních (zvětrávacích) procesů jsou mnohavrstvá ložiska nezpevněných klastických materiálů. V surovině jsou zastoupena převážně zrna křemene, v zanedbatelném množství zbytky dalších silikátových minerálů. Dalšími minerály jsou živce, slídy a nepatrné zbytky minerálů z původních magmatických, metamorfovaných i sedimentárních hornin, např. zirkon, rutil, ilmenit, granát. Klasifikace zrn označuje stupeň rozpadu i charakter transportu zrn. Tvar zrna se vytváří nejčastěji ve vodním prostředí, méně na vzduchu. Tvar zrna závisí na způsobu dopravy vodou, kterou je zrno valeno a omíláno. Rychlost tekoucí vody způsobila i přelomení a rozbití zrna. Voda pohybuje zrny také posouváním nebo přehazováním – poskokem. Rozeznáváme výsledný tvar zrn: 1. kulový 2. podlouhlý 3. deskovitý 4. stonkatý 5. kopinatý 6. šupinatý 7. listnatý 5
8. zmáčknutý 9. úlomkovitý. Tvary opracovaných zrn písku hodnotíme podle tři os – a, b, c. Navržený poměr os a : b : c = 1,0 : 0,75 : 0,5, představuje oválné zrno. Obsah můžeme porovnat s koulí o průměru d = √ abc (dle Bendela). Velikost zrn ovlivní vznikající tvary; při velikosti Ø okolo 1 mm jsou zrna dostatečně kulatá. Při rozměrech zrn Ø okolo 0,1 mm jsou vytvářena podlouhlá zrna, protože již nejsou podrobena valivému pohybu, ale jsou proudem vody snadno unášena. Aluviální sedimenty jsou pečlivě vytříděné. Pozná se to na zrnech jedné vrstvy. Některé vrstvy vykazují také šikmé zvrstvení a nános střídání proplastků, čoček jílu i jiných materiálů. Rozhodujícím je pomalu tekoucí proud vody. Říční písek je z pomalu tekoucích vod a skládá se z pravidelných jemnozrnných až hrubozrnných frakcí písku. U menších hloubek spodních vod je vyšší podíl humusových přimíšenin (5 – 15 %). Hladina spodní vody nebývá hlouběji než obvykle 1 m. Hrubé říční písky až štěrky jsou složené z úlomků různých pevnějších hornin. Tím se vyznačuje kratší přenos sedimentů. Zrnitosti větrných nánosů jsou ovlivněny rychlostí větru. Při vyšší rychlosti mohou přenášet i větší zrna. Navátím písku vznikají duny a barchany. Duna je navátý písečný pahorek, val na břehu vody (moře, jezero, řeka; dunové písky Baltického a Severního moře). Písečnou poušť označujeme barchan. Naváté písky jsou vždy jemnozrnné. Navíc mohou mít jílovitý a prachový podíl.
SPSKS
Ledovcový štěrkopísek zasahuje na Ostravsku, vyskytují se pleistocenní písky. Vykazují odlišné mineralogické složení v porovnání s labskými faciemi, mají více živců a dalších minerálů z krystalických hornin. Přítomné jsou i eratické balvany. Podle charakteru prostředí jsou sedimenty vzniklé:
1. ve vodním prostředí, usazená za současného unášení proudem vody, - mořská (ložiska marinní a oceánická), - jezerní, sladkovodní (ložiska limnická), - říční a potoční (fluviální ložiska), 2. ložiska vzniklá vzdušným transportem, - jemný vátý písek po velkém transportu, - písek usazený po krátké dopravě, 3. ložiska vzniklá transportem a ukládáním ledovci a ledem (glacigenní ložiska) 4. ložiska po dopravě gravitací, sesuvy a svahovými usazeninami (svahy hor). Z našich nejvýznamnějších štěrkopískových oblastí jsou: Oblast vltavsko-labská - dolní tok Vltavy a střední a dolní tok Labe – od Hradce Králové až Litoměřice. Podklad labských sedimentů je z většinou křídový, až ke konci vykazuje tvrdší starší horniny, sedimentace během celého období kvartéru byla v klidu. K dalším významným kumulacím vod patří povodí Orlice a Ohře, dolní tok Cidliny, Jizery a Ploučnice (část). Povodí Vltavy má významný přínos z Berounky, horního a dolního toku Lužnice. Oblast střední a dolní Moravy s dolním Podyjím. K významným přítokům patří v Dyjskosvrateckém úvalu Svitava a Svratka.
6
Oderská oblast s přítoky kolem Ostravy - střední tok Opavy a soutok s Odrou. Další ložiska jsou v severních Čechách (Frýdlantsko), Chebsko, menší severočeské a jihočeské pánve, na Moravě Prostějovsko. Uvedené oblasti jsou zásobovány mnoha řekami a vodními toky, tvořící přítoky velkých řek. Většina našich písčitých a štěrkopískových náplavů vodních toků se rozkládá nad současnou nivní úrovní, tedy na dosahem nejvyšší hladiny povodňových zátop. Naše ložiska obsahují čtvrtohorní pleistocenní sedimenty, místy i třetihorní (z náplavů). Pevninské ledovce zasáhly jen do toku řeky Odry. Mocnost kvartérních říčních teras se pohybuje od 3 - 15 m. Vyšší terasy mají zřídka 15 20 m a zcela vzácné jsou terasy s mocností 35 – 50 m. Definice nezpevněných - sypkých sedimentů: Štěrkopísek je přirozeným kamenivem z rozpadlých hornin a opracovaných transportem o různé velikosti. Písek má určeny mezní rozměry ve velikosti 0,063 - 2 mm. Štěrk mimo mezní rozměry velikosti 2 – 128 mm je s proměnlivým obsahem zrn nad 2 mm (50 až 100 %) a zrn pod 2 mm (0 až 50 %). (Poznámka: obchodní značení štěrk bylo používáno pro drcený kámen velikosti 22 mm a výše a výraz drtě pro vyrobené kamenivo menší než 22 mm. Výrazy jsou mimo normu ČSN EN.) Podle velikosti se rozeznává:
SPSKS
– jemnozrnný písek – zrna velikosti 0,063 – 025 mm, – střednězrnný písek – zrna velikosti 0,25 – 1 mm, – hrubozrnný písek – zrna velikosti 1 – 2 mm.
Stav ložisek štěrkopísků v roce 2006 Počet evidovaných ložisek
209, z toho těžených 79
Objem evidovaných zásob (v tis. m³)
2 151 237
Těžba výhradních ložisek (v tis. m³)
9 110 (odpis zásob)
Těžba nevýhradních ložisek (v tis. m³)
6 000 (přibližný údaj)
Cena štěrkopísku frakce 0/4 tříděný (Kč/t)
88 (celostátní průměr)
Cena štěrkopísku frakce 4/8 praný (Kč/t)
210 (celostátní průměr)
Nejvyšší těžbu ročně v EU vykazuje Německo (2006)… cca 400 mil.tun Roční produkce v USA (sledované těžby během 10 let) 700 – 1 300 mil.tun Nejvyšší těžbu v České republice roce 2005 vykázal podnik Českomoravské štěrkovny a.s. Mokrá – 1 296 026 m³
7
Informace o produkci vybraných štěrkopískoven v ČR (podle výkazu z 1997) Suchá těžba (v tis.tun):
Těžba z vody (v tis.tun):
Uhy (KL)
2 000
Tovačov (PŘ)
1 800
Bratčice (BR)
1 500
Dobříň (LT)
1 650
Hrušovany (BR)
1 080
Mohelnice (ŠU)
800
Skrývky Skrývkový materiál bývá shodně uložený jako štěrkopísky. Může být výrazně mladší, ale nebývá příliš zpevněný a slehlý. Skrývkové práce na štěrkopískových ložiscích mají omezený rozsah. Provádí se rýpáním rýpadly, hrnutí dozerem nebo srýpnutím skrejprem. Při výběru doby skrývání se vyhýbáme skrývkám v zimním období. Namočené a promrzlé bloky jsou nebezpečné a ohrožují těžbu pod stěnou.
Technologie suché těžby štěrkopísků Pro suchou těžbu jsou vhodná tato zařízení - rýpadla, dozery a nakladače. Instalace těchto strojů u těžební stěny nevyžaduje zvláštní přípravu terénu při tvorbě etáží. Volba stroje závisí na mocnosti ložiska. Technologický postup řeší nasazení jednotlivých strojů s ohledem na stabilitu podloží, vzdálenost k úpravárenskému provozu. Současně s těžbou je řešena navazující doprava.
SPSKS
Obr. 1 Průřez štěrkopískovými vrstvami u Zábřehu n/Odrou
8
Instalace korečkového rýpadla je náročná, neboť vyžaduje úpravu dráhy pojezdu. Při práci na spodním řezu je nutné zajistit pravidelné přestavění stroje. Stroj pracuje kontinuálně, a proto je nutné tuto technologii doplnit násypkou na pásovou dopravu. Během těžby jsou neustále přestavovány spojovací dopravní pásy. Kolesová rýpadla prakticky vymizela z provozů. Konstrukce současných kolesových strojů byla zaměřena na velkostroje pro těžbu hnědého uhlí. Možné kombinace technologie: 1. Rýpadlo + nákladní automobil. 2. Nakládač + pásový dopravník s násypkou. 3. Dozer + rampa s přesypem do násypky nad pásovým dopravníkem. 4. Korečkové rýpadlo + pásový dopravník s násypkou. Výkony rýpadla a nakládače jsou podmíněny počtem výsypů za minutu (n) a objemem lopaty (lžíce v m³). Teoretický výkon Qt = Vi . n . 60 [m³ . h-1]. Hrnutí štěrkopísku dozery vyžaduje výběr vhodného typu podle šíře radlice. Výkon stroje je silně ovlivněný mechanicko-technologickými vlastnostmi hrnutého materiálu - štěrkopísku, potřebnou vzdáleností pro hrnutí k rampě a typem radlice.
SPSKS Obr.2 Oblasti štěrkopísků v České republice
9
Obr.3 Graf výkonnosti hrnutí dozerem Caterpillar D 9
SPSKS Obr.4 Suchá těžba štěrkopísků; nakládač plní násypku nad pásovou dopravou
10
Obr.5 Využití dozeru k plnění násypky pásové dopravy
SPSKS
11
Její teoretický objem lze navýšit tvarováním vnějších hran radlice.
V . kú . kč Q = -------------- . 60
[ m³ . h-1]
tc . kn V – objem hrnutého materiálu při záběru [m³], kú – součinitel plnění lopaty - účinnosti (0,4 – 0,9), (pro lehce soudržné 0,4 pro písky 0,5 a těžké zeminy 0,6, pro zvětralé břidlice 0,7), kč – součinitel časového využití (0,7 – 0,9), tc - délka cyklu (min) kn- součinitel nakypření (1,2 – 1,7).
Těžba štěrkopísků z vody Otvírka těžebních prací probíhá na suchu. Vymezený směr těžíme rýpadly s hloubkovou lžící a postupně zahlubujeme pod úroveň spodní vody. Rozšířením vodní plochy postupujeme až dosáhneme požadované hloubky (podle těžebního stroje) a velikosti plochy pro umístění plavidla. K těžbě z vodní hladiny jsou vyzkoušeny tyto varianty:
SPSKS
1. Těžba ze břehu
Rýpadlo s drapákovou lžící těží z vody v dosahu výložníku nebo rýpadlo s vlečným korečkem postupuje podél břehu. V obou případech jde o značné omezení možností těžby (malý dosah od břehu, omezený dosah hloubek pro nebezpečí závalu jámy i havarie). 2. Těžba z vodní hladiny Korečkové rýpadlo, drapákové rýpadlo (bagr), lopatové rýpadlo a sací bagr jsou stroje plovoucí na vodě pomocí pontonů. Lopatové rýpadlo umístěné na plošině pontonu je málo využívané a málo výkonné zařízení. Korečkové rýpadlo je nejčastěji používané zařízení na vodní hladině. Dosah je omezený (do 10 m, výjimečně do 15 m), podle délky lafety. Drapákové rýpadlo spouštěním drapáku na lanu dosáhne hloubek několika desítek metrů (DB 250 až 50 m). Sací bagry mohou podle konstrukcí čerpadel těžit z různých hloubek. Použitím ponorného čerpadla těžíme do 15 m. Vysokotlakými čerpadly se dosahuje i větších hloubek a maximálních těžeb. V ČR nejsou podmínky pro jejich využití, jsou vhodné pro čištění velkých vodních toků i mělkých mořích. Plovoucí korečkové rýpadlo pracuje ukotveno lany ze břehu. Lana stabilizují betonové kvádry nebo kovové kotvy. Přesuny kotev provádíme podle potřeby nakladačem nebo traktorem. Přitahováním a povolováním dvojice lan se stroj navádí do stěny etáže. Pohybem stroje s lafetou opisujeme malé obloučky. Úspěšnost naplňování korečků kontroluje obsluha z velínu. Korečky jsou ocelové nádoby, částečně děrované pro snadné
12
odvodňování štěrkopísku. Lafeta nese korečkový řetěz, který tvoří koreček a dvojice masivních článků propojených čepy. Na počátku těžby bývá část stěny štěrkopísku nad vodní hladinou.
SPSKS Obr.6 Těžba korečkovým rýpadlem u stěny břehu. Sklon lafety naznačuje vzdálenou několik metrů od paty stěny. Stěna se neustále sváží a napomáhá plnění korečků. Část lafety nad hladinou vody je kryta bočnicemi.
13
SPSKS
Obr.7 Pohled na moderní korečkový řetěz s naplněnými korečky
Obr.8 Plovoucí korečkové rýpadlo PKR-50. 1 – ponton; 2 – lafeta, nosná konstrukce korečků; 3 – korečkový řetěz; 4 – hnací soukolí s turasem; 5 – vynášecí reverzní dopravníkový pás; 6 – velín.
14
Spouštěním lafety pod hladinu jsou korečky naváděny do těžené stěny a postupně se plní pískem. Korečky se posouvají nahoru po lafetě až k turasu (čtverhranná hřídel), zde vyklopí obsah na skluz s roštěm. Materiál dopadá na vynášecí dopravní pás. Při těžbě jsou plněny korečky těženým štěrkopískem a jiným materiálem, např. jílovými vložkami. Jíl zacpává korečky a brání jejich vyprázdnění tak, že obsah vypadne až mimo násypku. Přítomnost větších jílových polštářů zabraňuje svážení materiálu ke korečkům a korečky se málo naplňují. Překážkou v naplnění korečku jsou velké balvany a rostlinné zbytky, třeba i části stromů. Na počátku těžby z vody je problematická i malá hloubka dna (3 až 4 metry). Korečkové rýpadlo se použije teprve až se dosáhne větší volná plocha na hladině a přiměřená hloubka dna ke spuštění lafety s korečky. Počátek těžby začíná vyhloubením malého jezera. Otevíraná ložiska jsou plochá zbavená skrývek. Lopatové rýpadlo začíná těžit ze středu plochy. Nabírání štěrkopísku na hranici spodní vody lépe zvládnou lopatová rýpadla nebo drapák na výložníku rýpadla.
SPSKS Obr.9 Záběr korečku do materiálu Pětiboký hranol napomáhá plnění korečku, v závěrečné fázi plnění se sklápí k lafetě. Výkon korečkového rýpadla: Q = Vk . n . kp . kn-1 . 60
[ m³ . h-1]
Vk - objem korečku [m³],
n - počet výsypů za minutu
kp – součinitel plnění lopaty
kn- součinitel nakypření (1,2 – 1,7).
15
Obr.10 Kotvení plovoucího korečkového rýpadla
SPSKS Obr.11 Naplněný nákladní samovýsypný člun se štěrkopískem
16
Obr.12 Zakotvení elevátoru v přístavu
SPSKS
Dlouhý dopravní pás navazuje na břehu na úpravnickou linku.
Doprava materiálu po vodě
Existující možnosti přepravy těženého materiálu na břeh. Přeprava nákladními čluny, přeprava plovoucími dopravními pásy, přeprava plovoucím potrubím.
Obr.13 Řešení otevírání plovákových vrat samovýsypného člunu SVČ – 200; 1 – zavírací páky; 2 – zavírací tyč nad celou lodí; 3 – klíny; 4 – plováková vrata
17
Obr.14 Plovoucí korečkové rýpadlo s připoutanými vlečnými čluny
SPSKS Obr.15 Nákladní člun samovýsypný; typová řada lišící se hmotností 100 – 150 - 200 t nákladu Starší technologie je přeprava nákladními čluny. Dosud se používá při větší dopravní vzdálenosti ke břehu a k úpravně. Tato přeprava umožnila propláchnout zajílovaný materiál. Nákladní čluny byly v přístavu před elevátorem vysypány. Elevátor je korečkové rýpadlo s funkcí pouze vynášet uložený materiál z vody. Elevátor byl trvale připoutaný ke břehu a mohl
18
těžit jen v omezeném prostoru. Vysypaný štěrkopísek elevátor opět vytěžil z přístavu a přeložil dopravním pásem na břeh k úpravně. Pohyb elevátoru byl omezen vlastní lafetou a připojením ke stabilnímu dopravnímu pásu na břehu. Opakovaným vysypáváním lodí se v okolí přístavu vytvářely mělčiny. Občas dna uvízl na mělčině plný člun. Novější technologie volí přepravu plovoucími dopravními pásy. Na korečkové rýpadlo je postupně napojována řada menších sekcí pásových dopravníků na malých plovácích. Krátké sekce dovolují více možností posouvat těžbu, ponechává se dostatečná rezerva i z důvodů jejich větší stability. Dlouhé přímé úseky se mohou za větru překlopit, naopak klikaté sestavy pásů jsou odolné proti převrácení. Každý přesyp z pásu na další pás je na točně. Tento točný bod na plovoucí konstrukci, dovoluje měnit směr pasovek.
Práce drapákového bagru K těžbě používá mohutný dvojdílný drapák zavěšený na jeřábové dráze. Objemy drapáků pro těžbu z vody jsou vyšší; 4 – 6 – 8 m³. Drapák je spouštěn v automatizovaném cyklu; při objemu 8 m³, 40 až 50krát za hodinu. Tak dosáhne výkonu asi 350 m³/hod. Otevřený drapák klesá na dno. Hrana tlamy drapáku je opatřena zuby (vidle), které se zaboří do dna a pomáhají prorazit zajílované polohy. Vytažení drapáku se zavřenou tlamou je provázeno únikem vody s nepatrným množstvím písku. Nad vodou je drapák vysypán do násypky. Násypku kryje rošt, aby zabránil přesunu nadměrných balvanů a jílových proplástků do suroviny. Tento materiál se vrací na vytěžené dno jezera.
SPSKS
Drapákový bagr pokračuje v těžbě po korečkových rýpadlech, dotěžuje ložisko do větší hloubky. Rychlost pohybu drapáku je 80 m/min. S rostoucí hloubkou klesá počet výsypů za minutu. Při těžbě je drapák snadno ohrožen zavalením. Dochází k tomu při výskytu jílových poloh. Pod proraženou vrstvou je vytvořena jáma a opakováním těžby na stejném místě se jáma snadno zasype. Zasypání drapáku je vážnou havárií. Pro doplnění přehledu možných technologií je vyobrazen vlečný koreček (obr.23). Charakteristický je velký objem a hmotnost korečku, která se uplatní při plnění nádoby. Podmínkou dobré funkce stroje je dostatečně dlouhý výložník a odpovídající nosnost při maximálním vyložení s prázdným korečkem. Koreček se plní vlečením po plošině Stroj pracuje na břehu, ale v literatuře jsou také zmínky o uplatnění stroje na plovoucím pontonu.
19
SPSKS Obr.16 Plovoucí drapákový bagr DB-250 1 – plovákové těleso bagru; 2 – nosná konstrukce; 3 - drapákové lžíce; 4 – velín; 5 – odjílovací hydraulický rošt; 6 – skluz pro přepad z roštu; 7 – vynášecí dopravníkové pásy; 8 – kotevní ostruhy; 9 – kotevní navijáky; 10 – potahovací navijáky pro čluny; 11 – hydraulický pohon sklopného ramene.
20
Obr.17 Moderní konstrukce drapákového bagru MZBKF 240 v Oberrheinu
SPSKS
Obr.18 Detail rozevřeného drapáku po vyprázdnění
21
Práce sacích bagrů Sací bagry používají pro těžbu nezpevněného materiálu z vody sáním různé čerpací techniky. Jsou to: a) odstředivá čerpadla různých polouzavřená, otevřená,
konstrukcí
–
jednostupňová,
uzavřená,
b) ejektory – čerpadlo nemá rotační součásti, je v sacím potrubí, využívá tlakovou vodu pomocí ejektoru, zařízení bývá doplněno rozrušovací hlavou na urychlení rozpojovacího efektu tlakovou vodou, c) mamutí čerpadla – hydropneumatická těžba – dodává k štěrkopísku stlačený vzduch, vznosný efekt způsobí rozdíl hmotností štěrkopísku a vzduchu, tím vyvolá sání materiálu ode dna, při těžbě se tvoří podtlakový trychtýř. Výkony sacích bagrů jsou závislé na kvalitách bagrovacího čerpadla. Životnost čerpadel zase na těženém materiálu. Čerpadla jsou schopna přenášet objemy od 500 do 4500 m³/hod. Přepočtěno na pevné částice tj. 10 až 15 hmotných podílů. U ponorných čerpadel stoupnou podíly pevných částic na 23 – 32 % hmotných podílů. Touto technikou jsou dosažitelné výkony až do 1000 t/hod pevných látek. Velká čerpadla mohou čerpat zrna až do velikosti 250 mm. Pohony čerpadel jsou závislé na elektrickém vedení ze břehu. Ekologické důvody vytlačují činnost dieselových motorů z vodní hladiny.
SPSKS Obr.19 Plovoucí potrubí pro dopravu štěrkopísku od sacího bagru Do hloubek 15 m jsou používána běžná bagrovací čerpadla. Pod touto hloubkou bude vhodné použít ponorného čerpadla. Dosah přes 15 m až do 40 m je přes nevýhodu ztráty výkonu možný, pokles koncentrace pevných látek pod 5 % objemových bude možné považovat za hospodárnou těžbu. U moderního sacího bagru je možné celý proces těžby monitorovat a ovládat dálkově.
22
Těžba sypkých a plastických surovin hydromonitory Těžební zařízení k tryskání vody na těžební stěnu pracuje s vysokými tlaky, 5 až 20 MPa. Stroj je posouván před stěnou. Nárazem tlakové vody dochází k podemletí vrstev a dalšímu rozplavování. Podél stěny jsou vedeny žlaby, kterými se materiál přemisťuje až do sběrné jímky. Kalovým čerpadlem je přemístěn materiál na hydrodeponii. Mimo štěrkopísky je tato metoda využívána při těžbě kaolinu a dalších plastických silikátových surovin. Rozmočenou surovinu je nutné pečlivě rozplavit a usazováním zbavit písčitých podílů.
SPSKS Obr.20 Princip hydropneumatické těžby Pro umístění hydromonitoru do těžby jsou možné tyto varianty: 1. Umístění tryskače nad těženou stěnou; tryskač postupně ustupuje, spotřeba vody je vyšší, čistý provoz, větší ztráty vody. 2. Umístění tryskače před lomovou stěnou; s rostoucí vzdáleností klesá účinnost vodního proudu, spotřeba vody je menší, lepší využití energie vody, horší pracovní podmínky pro obsluhu. Tato technologie vyžaduje dostatečné rezervy vody. Vytváří se výstavbou usazovacích jímek pro vyčištění suroviny řadou po sobě jdoucích přepadů. Naplavováním postupně oddělujeme hrubé až velmi jemné podíly zrn. Lodní doprava je používána na rozlehlých jezerních plochách. Z řady typů člunů a hnacích jednotek jsou běžné tyto možnosti: a) nákladní čluny s otevíratelným dnem, 23
b) nákladní čluny s vlastním vynášecím dopravním pásem, tzv. samovykládací čluny, c) nákladní čluny s pevným dnem (přeprava zboží po řekách). Pro těžbu se užívají pouze čluny s otevíratelným dnem. Podle vybavení člunů pro přesun jsou: 1) čluny tažené remorkérem, 2) čluny tlačené remorkérem, 3) čluny s vlastním motorem. Remorkér táhne nákladní člun na laně s odstupem na bezpečnou vzdálenost (cca 15 – 20 m). Pro obsluhu dvojice člunů postačí jeden remorkér.
SPSKS
Obr.21 Remorkér na tažení člunů
Pracovní podmínky při těžbě a hlavně při dopravě nákladními čluny jsou velmi závislé na povětrnostních podmínkách. Pečlivě se sledují (a zapisují do lodního deníku) veškeré změny počasí. Za přesně stanovených podmínek je třeba zastavit provoz na vodní hladině (řešeno v POPD daného provozu). K posuzování povětrnostních podmínek se používá Beaufortova stupnice. Na vodní hladině jsou nárazy větru důvodem k přerušení přepravy. Dalším omezením plavby je špatná viditelnost vlivem deště, mlhy, časné a pozdní hodiny směny. Je kladen velký důraz na plné vybavení plavidel v těžbě a přepravě všemi předepsanými pomůckami. Obsluhující personál musí denně provádět kontrolu stroje, např. kontrola pontonů na přítomnost vody (možnost děr v tělesech nebo proděravění).
24
SPSKS
Tabulka č.1 Beaufortova stupnice hodnocení účinku větru
Těžba v zimním období je omezena, často zastavena od konce prosince do konce února. Zařízení, které zůstává na vodě, je proti zamrznutí ledem ošetřováno hlídkami. Podél lodí je nutno za mrazů vysekávat 50 cm široký pruh ledu, aby nedošlo k zamrznutí plavidla. Za kontrolu těžby a provozu zařízení na vodní hladině jsou zodpovědné dva kontrolní orgány. Státní báňská správa (OBÚ) kontroluje dodržování pravidel a podmínek pro těžbu štěrkopísků podle POPD. Závažné nehody v provozu řeší společně orgány OBÚ, SPS a policie ČR. Státní plavební správa SPS) má dohled nad provozem plavidel a dodržování bezpečnosti při plavbě. Kontroluje stav strojů a vybavení všech plovoucích zařízení. Přezkušuje způsobilost všech členů lodních posádek a plavidel. Zajišťuje ze základní dokumentace Lodní registr, Lodní osvědčení. Pro provoz remorkérů vydává a kontroluje Lodní deník.
25
SPSKS
Obr.22 Podvodní pásový buldozer Komatsu a způsoby jeho práce
26
SPSKS Obr.23 Vlečný koreček při těžbě z břehu
Dobývání plastických surovin Nerudné suroviny mají široké uplatnění v různých oborech průmyslu i spotřeby. Pro zjednodušení vyčleníme ze skupiny stavebních surovin: dekorační kámen, stavební kámen a již dříve popsanou skupinu štěrkopísků. Cihlářské suroviny a další nerosty mají zcela odlišné vlastnosti, např. zpracovatelskými vlastnosti (pevností v tlaku).
27
Ze sledovaných surovin jsou kaolin, technické jíly a jílovce, diatomit, bentonit a cihlářské suroviny materiály původem sedimentární, Charakterem jsou tyto látky měkké, různě nasákavé. Po chemické stránce patří převahou základních minerálů do silikátových surovin plastických. Kaolin – bílá až světle zbarvená zemina, znečistěná podíly křemene, limonitu a slíd. Ložiska: Karlovarsko, Kadaňsko, Podbořansko, Plzeňsko, Znojemsko, chebská pánev, Třeboňská pánev, Vidnava. Technické jíly a jílovce obsahují přes 50 % jílu (zrna pod 0,002 mm) v pestré směsi jílových minerálů. Členění: pórovinové, žáruvzdorné ostřivo, keramické nežáruvzdorné, hliníkové podložní. Ložiska: kladensko-rakovnická pánev (permokarbon), moravská a východočeská křída, lounská křída, jihočeská pánev, plzeňská pánev, chebská a sokolovská pánev, křída z okolí Prahy, severočeská pánev, žitavská pánev, terciér a kvartér na Moravě. Lubná a Březinka jsou hlubinně těžené lokality. Bentonit – z minerálů převažuje montmorillonit, charakterem měkká, velmi jemnozrnná, různobarevná látka. Má výraznou sorpční schopnost, přijímat z roztoků určité kationty a uvolňovat své molekuly Mg, Ca i vnitřní bobtnavost ve styku s vodou. Ložiska: Braňany-Černý Vrch, Maršov u Tábora, Rokle, Stránce a mnoho jiných ložisek (25), dnes mimo těžbu. Diatomit – sypká hornina – křemelina, rozsivková zemina, sediment z mikroskopických schránek živočichů (rozsivky, diatomiceae). Po zpevnění má podobu velmi jemnozrnného sedimentu.
SPSKS
Ložisko: Borovany-Lednice (ČB).
Cihlářské suroviny – vznikly ze soudržných hornin všech geologických formací, zejména kvartérní spraše, neogenní jíly, křídové a permokarbonové jílovce, ordovické břidlice. Složení dvou složek – plastické a ostřící je podmínkou kvalitních cihlářských výrobků. Ložiska: významné ložisko Kunín, max. mocnost 30 m, lokalita u Hodonína. Ostatní ložiska, cca 300 míst, jsou prakticky všude a nejsou evidována. Roční těžby oboru představují průměrně kolem 1,9 mil. m³ suroviny. 15 společností těží výhradní ložiska a 8 společností těží nevýhradní ložiska.
Charakteristické složení a vlastnosti plastických surovin Jílovité suroviny jsou z hlinitokřemičitanových minerálů usazených v sedimentech. Podle jílové aktivity řadíme jílové minerály = kaolinit = illit = montmorillonit = nakrit = halloysit = dickit = záleží na druhu výměnných kationtů – Li, Na, K, Mg, Ca, Sr, Al, Fe. Technické vlastnosti těžených materiálů, které ovlivňují budoucí zpracování na keramické výrobky a prvotně i pracovní postupy při těžbě: •
zrnitost - skladba zrn vyjádřená v křivce zrnitosti,
•
celková pórovitost, stanoví se výpočtem z měrné a objemové hmotnosti,
•
propustnost, schopnost propouštět kapaliny (vodu),
•
vlhkost a stupeň nasycení vodou – w = mv/mt; hmotnost vysušeného a nasyceného vzorku, 28
•
bobtnavost a rozbřídavost, zvětšování objemu jílu pohlcováním vody, nejrychlejší jednomocné (Li, Na, K), pomalejší trojmocné (Fe, Al) se rozbřídají,
•
schopnost vázat vodu – vaznost (plasticita),
•
mez plasticity (wp) a mez tekutosti (wl); stanoví přechod mezi stavem pevným, plastickým a tekutým.
Pokud jde o hodnotu času, jíly mají časovou složku deformací velmi dlouhou. Při rychlém zatěžování se vytlačí přebytečná voda z pórů a zatížení převezme zemní skelet. Pomalejším postupem je zatížení přenášeno na skelet vodní výplní pórů (to vytváří neutrální napětí). S úbytkem vody se postupně zmenšuje pórovitost. V průběhu času je zatížení přeneseno na zeminový skelet (vznikají tzv. efektivní napětí). U výsypek, vyšším podílem jílovitých materiálů, potrvá stabilizace léta až desetiletí.
Provádění skrývek a dobývání plastických surovin Skrývkové práce jsou totožné s činností na skrývkách u štěrkopísků, písků slévárenských i sklářských. Skrývkový materiál pokrývá sedimentární ložiska a prakticky kopíruje reliéf krajiny. K dobývání jsou používány tyto stroje: •
lopatová rýpadla s výškovou lopatou,
•
korečková rýpadla pracují na spodním řezu etáže.
Zvolené výšky stěn nesmí překročit výškový dosah dobývacího stroje. Stupeň bezpečnosti řezu zemin by měl podle BP dosahovat hodnot:
SPSKS
1,2
u soudržných zemin
1,1
u nesoudržných zemin
1,3
u řezů trvalého charakteru (boky, závěrné svahy), u dopravních tras.
Shodně se stabilitou svahů v hliništi řešíme i výsypky a odvaly. Je potřebné dodržet úhly svahů a generální úhel.
hliniště
písčitá zem
cihly
Jíl
Výšky stěn
8 – 10 m
20 m
10 m
15 m
Sklon stěn
30°- 40°
30°
40°
25°
29
SPSKS Obr.24 Historický snímek ložiska kaolinu s ruční kolejovou přepravou
Dobývání pevných nerudných surovin Konzistence surovin a problémy těžby surovin Ložiska surovin s vyšší pevností jsou součástí tenké vrstvy zemské kůry. Vývoj žádnou původní horninu nenechal bez porušení. Původní celistvé masivy doznaly v dalších etapách narušování opakovanou vulkanickou činností. Také sedimentární ložiska měnila polohu do sklonů více méně výhodných pro dnešní těžbu. Pokud nedošlo k výraznému porušení vrstev nalézáme stopy tuhnutí, pohybů aspoň v trhlinách. Müllerovo schéma horninových masivů rozlišuje čtyři typy. Dobyvatelné jsou všechny, jen první tři musíme s ohledem na soudržnost masivu uvolňovat vždy trhací prací.
30
A
-
B
C
-
D
Obr.25 Müllerovo zatřídění horninových masivů A – celistvý masiv, homogenní; B – přechodový typ masivu (mezi A a C);
SPSKS
C - plně rozpukaný masiv s výraznou anizotropií, plochy výrazné nespojitosti; D – úlomkový masiv, který má vlastnosti zemin.
Podle konzistence dělíme povrchové dobývání rudných a nerudných surovin na: 1. lomovou těžbu, kterou provádíme dobývání pevných soudržných surovin, to je většina rud (nikoli v ČR!), stavební a dekorační kámen, vápence, dolomity, sádrovec, baryt, grafit, živce aj.; 2. těžbu štěrkopísků, zahrnuje hromadné dobývání písků a štěrkopísků (těženého kameniva), sedimentární ložiska těžkých a kovových minerálů v těchto formacích (v ČR granáty); 3. těžba jílových materiálů, týká se hromadné těžby vazkých, soudržných, snadno rozpojitelných surovin, kaolinu, bentonitu, diatomitu, cihlářských hlin; 4. speciální případy těžby, např. těžba nerostných surovin z mořské vody, loužení primárních ložisek, starých hald, odkališť, těžba solných ložisek odpařováním z mořské vody v nádržích. Dvě části z členění povrchových těžeb jsou rozebrány v předchozím textu. Pro širokou oblast způsobů povrchového dobývání je potřeba řešit případ od případu každou těžební lokalitu z několika hledisek. Hlediska regionální a hlediska místní – řeší těžební organizace ve všech fázích otvírky, přípravy, dobývání i ukončování těžby nerostných surovin.
31
Mezi regionální i místní problémy patří hydrologické a hydrogeologické poměry. Sledujeme zásoby vody v okolí, hladiny podzemní vody. U pevných a soudržných surovin ovlivní trhací práce, dynamické účinky všech mechanizmů dopravních i stacionárních celistvost masivu. Možné průsaky vod bude potřeba vyřešit utěsněním nebo jen omezením. Skryté vodní akumulace v krasových útvarech či v tektonických liniích vyplněných propustnými sedimenty mohou způsobit průtrže do těžebních prostor. Na etážích, závěrných svazích, odvalech, tam všude řešíme problémy s přítomností vody prosakující z okolního terénu, podporované množstvím a intenzitou vodních srážek v dané oblasti. V případě potřeby jsou vymezena ochranná pásma pro stabilizaci vodního režimu v okolním masivu. Voda je zdrojem častých střetů zájmů mezi uživateli a těžebními organizacemi. Významnou ochranu mají užívané vodní zdroje, vodní toky, zdroje minerálních vod a vod pro lázeňský provoz. Vzdálenost ložiska od zástavby, komunikací, inženýrských sítí a zábor zemědělské a lesní půdy jsou problémy, které řešíme již při zpracovávání POPD. Závažné jsou účinky trhacích prací, šíření otřesné vlny. Právě menší až malé lokality s malým dobývacím prostorem vykazují škodlivé účinky trhacích prací v blízkém z části obydleném okolí. Poloha ložisek ve vyšší nadmořské výšce stěžuje celoroční průběh těžby. Výhodou je menší lidnatost oblasti, problémy jsou s horšími komunikacemi, s vyššími srážkami a horšími klimatickými poměry.
Kvalita a kvantita pevných soudržných surovin
SPSKS
Kvalitativní požadavky stanovíme podle těchto sledovaných hledisek:
1. kovnatost – platí jen pro rudy, sleduje procento užitkové složky kovu v surovině; 2. chemismus – přítomnost požadované látky, např. pro dolomit, vápenec, petrurgický čedič, živec; zjišťují se procenta určitých složek, často podíl oxidů aj; 3. fyzikálně mechanické vlastnosti hornin (FMVH), představují soubor různých požadovaných vlastností pro určitý druh výrobku. Stavební suroviny podle charakteru výrobků a výrazně odlišných vzhledových vlastností rozdělujeme na: •
dekorační kámen pro hrubou a ušlechtilou kamenickou výrobu (objemovou hmotnost, pevnost v tlaku a tahu za ohybu, nasákavost,mrazuvzdornost a málo zdůrazněnou vlastnost – blokovitost, tj, celistvost kamenných bloků),
•
stavební kámen použitý pro lomový kámen a výrobu drceného kameniva (objemovou hmotnost, pevnost v tlaku, nasákavost, mrazuvzdornost, odolnost akáliím, obrusnost a mnoho dalších zkoušek…).
Kvalita surovin je mnohdy proměnlivá; navíc i na jednom ložisku je víc variant fyzikálně i chemicky odlišných hornin. Materiály jsou proměnlivé soudržnosti, různého znečištění a zbarvení. Příroda vždy nenabízí stoprocentně čisté produkty. Kvantita nerostu v ložisku je zkoumána pro několik časově velmi vzdálených horizontů. Podle potřeby provádíme na určitém ložisku geologickou dorozvědku. Ve zjednodušeném schématu jsou zásoby k těžbě stanoveny: ze zásob ověřených → zásob bilančních → zásob využitelných → zásob průmyslově vytěžitelných (bez odepsaných ztrát). 32
Objem těžby je vázán situací na trhu. Kapacita u malých lomů nabízí jen omezené zvýšení produkce. Velké kapacity lomů mají utvořeny rezervy přípravou více etáží i jejich plošným rozšířením. Náklady vložené do ložiska by se měly nahradit během jeho životnosti. Provozy v ČR jsou charakterem malé až střední, výjimku tvoří jen několik větších provozů s těžbou granitů a pískovců. Velikost objemu těžby, mimo problémy s odbytem, je závislá na používané technologii rozpojování v masivu, vnitrozávodové dopravě, kapacitě nasazených těžebních a přepravních strojů a způsobu roztěžení lomu, např. na počtu dobývaných etáží. Některé lomy mohou mít i více užitkových surovin v průřezu lomovou stěnou. Je to charakteristické u některých sedimentárních surovin. Technolog musí zpracovat postup i k výskytu další suroviny v ložisku. Použitím selektivní těžby musí odlišné nerosty nejen odděleně vytěžit, ale i odděleně skladovat a podle možností zajistit oddělené zpracování. Tuto povinnost v obecné rovině ukládá horní zákon všem těžebním organizacím.
Dobývací a dopravní mechanizmy Rozvržení otvírkových, přípravných a skrývkových prací určuje potřebu dalšího strojního vybavení lomu pro vlastní dobývání. Rozhodující jsou: •
technické parametry (výkon, mobilita, obsluha, spolehlivost, životnost);
•
ekonomické parametry (cena, dostupnost servisu, nákladnost oprav i náhradních dílů).
Dobývací mechanismy jsou v lomech zajištěny elektrickou energií nebo průběžně zásobovány palivy. U vrtacích strojů byla tendence vybavit lomové vrtací soupravy elektrickým pohonem a další vrtací soupravy dieselovým pohonem. Dnes převládají u velkých vrtacích souprav pohony nezávislé na elektřině.
SPSKS
Podobná situace byla u rýpadel. Na lomech pracovala elektrická lopatová rýpadla (ČSSR) zásobovaná elektřinou přenášenou kabely (1000 V). Mimo nich pracovala v lomech i lopatová rýpadla s dieselovým pohonem. Tato dvojkolejnost vyplývala z dřívějšího technického stavu dobývací techniky a také velmi nízkých cen elektřiny. Na etážích byly rozmístěny rozvaděče. Přívody vysokého napětí do přenosných rozvaděčů kryla zavážka na přejezdech a stroje se připojovaly kabelem. Dosud pracují v kamenolomech starší jeřáby s housenicovým podvozkem na těžbu bloků. Stroj je využíván v prostoru v řádu několika set metrů. Současné lomy pro těžbu nerudných surovin jsou vybaveny stroji nezávislými na zdroji elektřiny, pracují s dieselovými motory. Zásobování vodou do lomu řeší potřebu řešit vysokou prašnost na dopravních i přístupových těžebních komunikacích. Řešení hydromechanizace skrývkových i těžebních prací je bez blízkého zdroje vody nereálná. V předprojektové přípravě musí být taková varianta dobývání definitivně vyřešena. Těžební stěny lomů mají různou výšku a různé sklony. Pro hromadnou těžbu připadají v úvahu pro získání rubaniny trhací práce. Pro přípravu trhacích prací vrtáme různé vývrty. Možnosti lomových vrtacích souprav jsou odstupňované na efektivní dosaženou hloubku vrtů. Tomu se podřizuje navrhovaná výška a sklon stěn:
33
typ lomu
výšky
sklony
pro lomy s hromadnou těžbou
12 – 25 m
75 až 85°
pro lomy s hrubou kamenickou výrobou
5 – 10 m
podle sklonu vrstev až téměř kolmé
pro lomy s ušlechtilou kamenickou výrobou
2–6m
podle sklonu vrstev až téměř kolmé
K vysvětlení značných výškových rozdílů pro stěny platí, že při těžbě bloků jsou vždy respektovány přirozené spáry v masivu, blokovitost suroviny, a potřeba dosáhnout optimální velikosti suroviny k dalšímu zpracování řezacími stroji. Při nízké vrstevnatosti jsou i hloubky vrtů do 6 m zbytečné. Naopak pro hromadnou těžbu potřebujeme přírodou narušený masiv rozdrobit mohutným odstřelem a výška lavice mezi 15 až 25 metry zajistí velmi dobré výsledky zdrobnění. Vyšší stěny jsou zdrojem nekontrolovatelných pádů uvolněné horniny ze stěny a jsou nebezpečím pro stabilitu vrtacích strojů. Výšky zůstávají podstatně vyšší a sklony závěrných svahů strmější. Zejména u blokové těžby je snaha zahlubovat lom při téměř stejném půdorysu jámy. Právě zde jsou stěny dlouhodobě velice stabilní. Pro zvyšování stability některých svahů je vhodné ukončit svah trhacími pracemi na tzv. řízený výlom (presplit). Provádí se např. společně s posledním řadovým nebo clonovým odstřelem. Řada vývrtů bude odstřelena s nepatrným předstihem. Touto trhací prací se vytváří hladká stěna závěrného svahu.
SPSKS
Cesty zajištění stability závěrných svahů řešíme individuálně až po prozkoumání situace svahu:
1. snížením sklonu; formováním svahu více lavičkami, 2. odvodněním; pokud je ve svahu prosakující voda, 3. odlehčením svahu; odlehčíme hlavu a přitížíme patu, 4. kotvením; velmi pracná metoda, musíme mít moc dobrý důvod k takovým náročným pracím, např. doplníme závěrný svah o betonové pilíře, betonové plomby, železobetonové prahy a nosníky.
34
Obr.26 Schéma vrtů pro řízený výlom závěrného svahu
Dobývání pevných hornin
SPSKS
Dobývací technologie pevných hornin jsou rozděleny na dva směry podle celistvosti horninového masivu. Dobýváme surovinu v masivu narušenou, viditelně velmi rozpukanou, vhodnou pro výrobu drceného kameniva. Dále se dobývají suroviny celistvé, místy s menším narušením celistvosti masivu. Surovinu vylamujeme ve vyhraněných blocích, kamenných kvádrech. Tuto surovinu těžíme v blocích pro kamenickou výrobu. Takové kameny, i přes zdání soudržnosti, mají mnoho skrytých vlasových trhlinek. Nejsnažší způsob dobývání je rozpojování skalního masivu trhací prací. Důležité jsou charakteristiky masivu jak je uvedeno v dalších tabulkách pro výpočty komorových a clonových odstřelů. Jde o horniny s různými pevnostmi v tlaku. Ostatní významné sledované vlastnosti kamenů jsou podstatné až pro hodnocení výrobků, např. objemová hmotnost, nasákavost, mrazuvzdornost, odolnost chem.látkám apod. Trhací práce v lomech pro hromadnou těžbu jsou rozděleny na: 1. komorové odstřely – trhaviny jsou uloženy do několika vyražených komor (asi 1m³) v horninovém masivu k společnému odpálení, 2. clonové odstřely – do jedné až tří řad hlubokých vyvrtaných děr jsou uloženy trhaviny, 3. plošné odstřely – plošné trhací práce s desítkami až stovkami vrtů s trhavinami, 4. řadové odstřely – malé průměry vrtů v řadě, při odpálení jsou omezeny seismické účinky. Trhací práce v lomech pro hrubou kamenickou výrobu, čistou kamenickou výrobu a pro ušlechtilé kamenické výrobky jsou rozděleny na: 1. trhací práce deflagrantními trhavinami ve vývrtech k zajištění celistvých bloků,
35
2. trhací práce na uvolnění těžební hlavy nebo zahloubení dna lomu jen výjimečně brizantnějšími trhavinami. Bez užití trhacích prací jsou k rozpojení materiálů dostupné další techniky.
Komorové odstřely Komorový odstřel (KO) je projektován jako jednoetážový nebo dvouetážový (ve dvou výškových úrovních). Do masivu vyrazíme štolu s jednou i více rozrážkami. Každou rozrážkou jsou vedeny boční chodby a z nich odbočují náložové komory. Rozsah odstřelu a velikost náloží v komorách stanoví celkový objem zásoby rubaniny. Po dokončení ražby díla jsou komory zavezeny trhavinami. Do komor se instaluje roznětné vedení. Vstupy do komor, některé části chodeb a hlavně ústí štoly je utěsněno různým materiálem. Mimo vyraženého materiálu z chodeb, pytlů s pískem nebo hlušiny jsou úspěšně odzkoušeny náplavky s jílovou hrází. Dobré výsledky těsnění chodeb a komor byly dosaženy s vývrty ve stropu a stěnách chodeb na vybraných místech. Odstřelením maloprůměrových náložek dojde k vytvoření umělého závalu. Tyto náložky se iniciují v předstihu několika desítek milisekund před vlastním odpalem KO. Základní hodnoty pro výpočet náloží KO: •
záběr náloží – R – odvodí se ze vztahu výšky horninového masivu (H) k úrovni v počvě lomu nebo etáže; R = 0,45 – 0,65 H,
•
R = 0,9 – 1,1 H pokud je KO na vyšší úrovni než je počva,
•
R = 0,7 – 1,0 pro záběr spodní etáže u KO dvouetážového,
SPSKS
Obr.27 Ústí štoly komorového odstřelu Příprava KO spočívá v ražení hlavní štoly. Profil 1,8 m x 1,2 m se razí ručně vrtacími kladivy. Navrtávají se metrové vrty podle vhodného schématu tak, aby se zajistil plný profil chodby a materiál nepřekážel. Vrtá se korunkami malého průměru (do 42 mm). Nabíjí se sypkou trhavinou (typ Permonex V 19) a adjustuje milisekundovou rozbuškou (alespoň 4-5 časů) a utěsní ucpávkou. Po odstřelu se větrá chodba. Lutnami je do chodby vháněn čerstvý vzduch. Tím se urychlí odstraňování jedovatých zplodin z výbuchu. Kolečkem se vyváží rubanina a začisťuje se profil. Štola stoupala v nepatrném sklonu pro snadnější vyvážení naplněného kolečka. Chodby se osvětlují světly s malým napětím (24 V). 36
Ústí štoly je po dobu ražení zajištěno proti pádu kamene ze stěny. Portál je postaven z kulatiny s dostatečným přesahem. Portál se odstraňuje až těsně před odstřelem. Příčné řezy vyznačí velikost záběrů. Rozteč soustředěných náloží se jedné řadě volí 0,6 – 0,8 R. Volba míst pro komory je kontrolována vůči „hluchým prostorům“; záběry graficky zobrazíme v plánu KO. Skutečnou polohu komor a parametry štoly a chodeb je nutno překontrolovat, případné odchylky zakreslit v dokumentaci.
SPSKS
Obr.28 Zobrazení části projektu komorového odstřelu
37
Výpočet nálože pro KO N = qe . V
[ kg]
V – předpokládaný objem horninového masivu k rozpojení [ m³ ], qe - empiricky zjištěná měrná spotřeba trhavin [ kg . m-³ ], qe = qo . χ qo – směrná spotřeba trhavin [ kg . m-³] … vychází kolem 0,15 – 0,60 kg . m-³ χ – opravný součinitel … χ = a . b . c Hodnoty směrné spotřeby a opravných součinitelů jsou v dalších tabulkách.
Rozpojitelnost horniny
Akustická impedance horniny (105 cm . s-1 . g . cm –3)
qo
velmi dobrá
méně než 6
0,15 – 0,30
dobrá
6 až 10
0,20 – 0,40
střední
10 až 14
0,25 – 0,45
obtížná
14 až 18
0,30 – 0,50
SPSKS
velmi obtížná
více než 18
0,40 - 0,60
Tab.3 Směrná spotřeba trhavin qo [ kg . m-³]¨
Součinitel odlučnosti horniny a odlučnost tence vrstevnatá až deskovitá (vrstvy do 10 cm)
0,7 – 0,9
lavicovitá odlučnost (vrstvy 10 - 50 cm)
0,8 – 0,9
odlučnost v masivních lavicích
0,9 – 1,0
mocné vrstvy (nad 100 cm)
1,0 – 1,2
drobně sloupkovitá odlučnost
0,7 – 0,8
hrubě sloupkovitá odlučnost
0,8 – 1,0
kvádrovitá odlučnost
0,8 – 1,0
kulovitá odlučnost
0,9 – 1,1
38
Součinitel pro pukliny, spáry a střihy b otevřené nebo jílovitou vrstvičkou vyplněné mezivrstevní spáry, četné příčné střihy a pukliny
0,4 – 0,6
těsné mezivrstevní spáry, ale vrstvy zcela oddělené, dosti četné střihy a pukliny
0,5 – 0,7
těsné, málo výrazné mezivrstevní spáry, málo četné příčné střihy a pukliny nebo pukliny většinou druhotně vyhojené
0,6 – 0,9
vrstvy „srostlé“, málo četné příčné střihy, pukliny dobře druhotně vyhojené
1,0 – 1,2
Součinitel sklonu vrstev a sloupků horniny c U vrstevnaté odlučnosti: vodorovně nebo ploše uložené vrstvy
1,0 – 1,1
stojaté vrstvy zhruba rovnoběžné se stěnou
0,9 – 1,0
SPSKS
stojaté vrstvy zhruba kolmé na stěnu
1,2 – 1,3
do masivu zapadající vrstvy
1,3 – 1,6
do lomu zapadající vrstvy
0,8 – 0,9
silně provrásněné nebo „zahákované“ vrstvy
1,3 – 1,6
U hornin sloupcovité odlučnosti: stojaté sloupky
0,7 – 0,9
ploše uložené sloupky
0,9 – 1,1
provrásněné nebo „zahákované“ vrstvy
1,1 – 1,4
ostatní případy
1,0
Tab.4 Opravný součinitel χ = a . b . c Pro výpočet celkové nálože jsou v literatuře další vzorce, jsou vázány na třetí mocninu hodnoty R: Podle Belidor-Meineckea
N = c . R³
(c… hodnota pevnosti horniny)
Podle Belidor-Hausera
N = a . W³ + b . W ²
Podle Vaubana
N = k . W³
Podle Jurajdy
Q = (W³ + W²) . c 39
s detailní úpravou vzorce
c = k ( σ + ρ) . (b/h) . u . a . g . s . t
c – sumární koeficient, k – stupeň rozrušení, nakypření, sesutí, odhoz … (0,025 – 0,25), σ – pevnost horniny v tahu [MPa], ρ – objemová hmotnost horniny, b – výkon trhaviny… (1,0 – 1,5), h – hustota trhaviny… (0,8 – 0,9 t . m³), u – upnutí horniny, poměr vrcholových úhlů v situaci, a – spolupůsobení náloží, g – vliv tíže, s – stlačitelnost trhaviny, pro s = 1 + 4/c …c = modul stlačitelnosti horniny, t – koeficient utěsnění náloží. Vyhodnocení komorových odstřelů je důležitou částí celého projektu KO. Záměr projektu komorového odstřelu vycházel z plánovaných výhod. Komorovým odstřelem uvolníme jednorázově velké množství horniny. Dosáhneme celkovou úsporu trhavin a po delší dobu je zajištěna rubanina ke zpracování na drcené kamenivo. K výhodám se přidával argument, že přípravu štoly s chodbami a komorami můžeme provádět nezávisle na provozu lomu. Nezávislost na klimatických podmínkách umožnila přípravu po celý rok. Použití malé, levné, v 60.letech 20.stol. dostupné techniky (vrtačky střední typy i hmotnosti s pneumatickou podpěrou) bylo silným argumentem.
SPSKS
U komorových odstřelů byly méně připomínány problémy s odstřelem nadměrného množství trhavin, s horším časováním komor a následně s velkými rozdíly ve fragmentaci rozvalu. Nadměrné kusy (do 5 m³) byly sekundárně navrtány a odstřeleny. Dnes nahrazujeme sekundární trhací práci používáním hydraulických kladiv – impaktorů k rozbíjení balvanů. Rubanina, která leží řadu měsíců po odstřelu, má postupně proměnlivou zrnitost, hůře se nabírá. Rubanina stále slehává a deště splavují naspod nežádoucí hlinité podíly. Razičská práce slibovala velký výdělek. Při nedbalém používání osobních ochranných pomůcek způsobovala rovněž poškození zdraví (ztrátu sluchu, silikózu, vazoneuróza, artritidy). Seismické účinky trhacích prací jsou v okolí lomu prokazatelně vyšší. Na intenzitu účinků má rozhodující vliv velikost nálože a časování. Ani milisekundovým časováním neutlumíme účinky odstřelu v nejbližším okolí lomu. Dosáhneme pouze potlačení účinků vhodným výběrem ve vztahu = velikost nálože ~ časování. Uvedený snímek lomu s ústím štoly je z období kolem roku 1970. V ČR se komorové odstřely neprovádí.
Clonové odstřely Clonové odstřely (CO) jsou soustavou orientovaných vrtů s průměry od 75 do 160 mm s vloženou iniciovanou trhavinou a s utěsněním v ústí vrtu. Vrty jsou orientované do jedné až tří řad. Řadové odstřely – jsou rozsahem trhací práce menší a jsou navrtány menšími korunkami o průměrech do 50 mm. Používáme je pouze na pomocné práce a jen výjimečně.
40
Základní parametry CO: •
záběr R, stanovíme podle průměru vrtu d; R = 35 až 50 d;
•
rozteč S, upravujeme na hodnotu 0,7 až 1,4 R; pro nízké stěny upravujeme na S = 1,2 – 1,4 R, pro vyšší stěny S = 0,7 – 1,1 R;
S = u velmi snadno rozpojitelných hornin
0,9 – 1,2 R
S = u středně rozpojitelných hornin
0,8 – 1,0 R
S = u obtížně rozpojitelných hornin
0,7 – 0,9 R
•
vzdálenost řad (I., II., III.) – první řadu volíme mezi 0,7 – 1,0 R,
•
další řady upravíme na 5 – 20 % první řady;
•
délka převrtání pod počvu etáže z, z = R . tg 15°= 0,27 R; můžeme řešení upravit podle vzorce z = 0,1 – 0,25 R, délku převrtání vždy upravíme o 0,3 – 0,5 m; (dno vrtu je zaneseno prachem);
•
délka ucpávky u, délku upravujeme na u = 1,1 – 1,3 R.
Celková nálož (shodně s KO)…..
Nχ = k . Rχ²
Nχ – nálož [kg],
SPSKS
k – konstanta úměrnosti, Rχ – záběr,
hχ – výška stěny.
41
SPSKS Obr.29 Výřez z projektu CO; na hranách lomové stěny jsou hodnoty výšky, čísla vrtů a) Záběry clonových odstřelů podle rozpojitelnosti hornin trhavinou Rozpojitelnost horniny Průměry vrtů
75
80
90
110
150
180
hornina lehko rozpojitelná, měrná spotřeba trhavin 0,3 kg . m³
3,8
4,0
4,5
5,4
7,0
8,4
hornina těžko rozpojitelná, měrná spotřeba trhavin 0,45 kg . m³
3,1
3,3
3,7
4,5
5,9
7,0
Tab.5 Rozpojitelnost hornin trhavinou – clonové a plošné odstřely b) Clonové a plošné odstřely – směrná spotřeba trhavin qo a opravný součinitel pro výpočet nálože
42
Směrná spotřeba trhavin qo [ kg . m-³] Rozpojitelnost horniny
Akustická impedance horniny (105 cm . s-1 . g . cm –3)
qo
velmi dobrá
méně než 6
0,20 – 0,35
dobrá
6 až 10
0,25 – 0,45
střední
10 až 14
0,30 – 0,50
obtížná
14 až 18
0,35 – 0,58
velmi obtížná
více než 18
0,45 - 0,65
Opravný součinitel χ = a . b . c
Součinitel slohu a odlučnosti horniny a drobné, lehko odlučné vrstvy, četné střihy nebo lehce odlučné sloupce nebo silně rozpukaná hornina
0,50 – 0,70
SPSKS
drobné, dobře odlučitelné vrstvy nebo rozpukaná hornina nebo drobné sloupky nebo kostkovitá odlučnost
0,65 – 0,80
drobné vrstvy špatně odlučitelné
0,85 – 0,95
lavicovitá, balvanovitá nebo kulovitá odlučnost
0,90 - 1,00
všestranně masivní hornina
1,00 – 1,15
Součinitel sklonu vrstev b ploše uložené vrstvy a polostrmé až strmé zapadající do lomu
0,65 – 0,80
svislé vrstvy a strmé vrstvy zapadající do lomu
0,70 – 0,90
polostrmé a strmé vrstvy zapadající do lomu
1,05 – 1,15
ostatní případy
0,90 – 1,05
43
Součinitel počtu řad vrtů c nálože první řady vrtů CO
1,00
nálože dalších řad vrtů CO
1,05 – 1,15
nálože plošného odstřelu
1,10 – 1,25
Pro řešení iniciace vrtů je více návodů. Závisí na použitém počinu, druhu trhaviny a způsobu rozmístění obou částí ve vývrtu. Pokud se jedná o umístění vrtů v masivu, pro výsledné rozpojování může hrát důležitou roli jejich orientace v masivu: •
směry vrtů napříč masivem,
•
směry vrtů kolmo na masiv,
•
směry vrtů v úklonu s hlavním průběhem trhlin.
Výsledkem jsou rozdílnosti v odhozu rubaniny. Při hodnocení clonového odstřelu je sledována příznivá fragmentace, výška rozvalu a rozhoz rubaniny s nulovými škodami v lomu i v okolí.
SPSKS
44
SPSKS Obr.30 Příprava CO tradičním postupem Trhavinou je sypký Permonex V19, počinová nálož Perunit 22.
45
SPSKS
Obr.31 Clonový odstřel; spouštění sypké balené trhaviny
Obr.32 Řez adjustovaným vrtem CO
46
Nakládání suroviny v lomech Nakládání suroviny navazuje na různé způsoby rozpojování hornin. Při rozpojování je výsledek závislý na druhu hornin a způsobu rozpojování. Základní požadavek pro operaci nakládání je zrnitost, spíše kusovitost nakládané rubaniny. Z nakládání rubaniny jsou vyloučeny bloky kamene nadměrné velikosti, které neodpovídají objemu lopaty. Důvodem zákazu je nestabilita nákladu a nebezpečí, že blok může za jízdy po nerovném terénu vypadnout. Z toho vyplývá, že rubanina v odvalu musí být před nakládáním prohlédnuta. Obsluha nakládacího stroje vyřazuje nadměrné kusy z nakládky. Všechny kusy nadměrné velikosti dodatečně rozpojíme hydraulickým kladivem (impaktorem). Prostředky k nakládání v provozech pro výrobu drceného kameniva a shodně prostředky používané pro těžbu dalších nerudných surovin např. vápence a sádrovce: 1. rýpadla – podvozek pásový (housenicový) nebo kolový, 2. nakládače – podvozek kolový. Pro těžký lomový provoz jsou výhodné pásové podvozky, mají velkou životnost. Během nakládání obsluha strojů zajišťuje pracovní plošinu před rozvalem. Pohyby lopaty shrnuje, stranou odsouvá nadměrné kusy a upravuje rovinu. Rychlost pojezdu pásových podvozků je velmi malá. To omezuje možnost rychlého přesunu stroje na jinou etáž.
SPSKS
Obr.33 Rýpadlo na housenicovém podvozku s výškovou lopatou
47
Kolový podvozek u rýpadel je lépe využitý na stavebních pracích, výkopech apod. Pokud pracuje rýpadlo v lomovém provozu je nutné navléci na kola ochranné řetězy. Výškovou lopatou se orientuje čelně ke stěně, hloubková lopata vyžaduje nabírání nákladu přihrnutím k podvozku a trochu šikmo ke stěně. Stále větší typy rýpadel musí mít odpovídající výšku postranic s ohledem na výsyp. Množství nabrané rubaniny lopatou vůči celkovému objemu korby má být sladěné. Malý i velký počet výsypů je komplikací. Vhodný poměr je mezi pěti až osmi cykly nabírání. Objem lopaty ~ 1/5 až 1/10 objemu vozu. Méně obvyklé je nakládání rubaniny kolovým nakládačem. Standardní provedení stroje nahradilo lepší vybavení lžíce ozubením a silnější konstrukce je používá i na nabírání nezpevněných partií rozrývaných skrývek. Provedení kolového podvozku potřebuje obutí pneumatik ocelovými řetězy. Pro nakládání je důležitým údajem výška zdvihu lžíce a její objem v poměru ke korbě auta. Celkově nižší konstrukce nakládačů omezují nakládací dosah. Výkon nakládacích prostředků posoudíme při vyhodnocení průměrného času (tc ) nakládacího cyklu. Časovým snímkem se určí velikost prostojů. Hodinový výkon neodpovídá realitě provozu. Výsledky měření mohou zhodnotit celou směnu. Při výpočtu zavádíme koeficient časového využití. Pozice vozidla při nakládání rubaniny nesmí překážet pohybu výložníku rýpadla. Rýpadlo je postaveno čelně ke stěně. Nákladní vozidlo přistavujeme bokem ke stěně, ale v dosahu výsypu lopaty rýpadla. Pohyby lopaty rozfázujeme a sledujeme jednotlivé časy potřebné při nakládání: tn – čas nabírání lopaty, při malém naplnění se opakují pohyby lopaty, to – čas otáčení ramene nad nákladní vozidlo,
SPSKS
tv – čas vyprázdnění lopaty,
tz – čas zpětného pohybu ramene.
Celou operaci opakujeme až do naplnění korby (x). Pokud jsou vozidla včas zpátky u stěny nevzniká cyklu nakládání čekáním ztrátový čas (tč). tč = x . [ tn + to + tv + tz + tč ] pro výpočet hodinového výkonu při nakládání platí: 3600 Qh = ---------- . V1 . q
[t . h-1]
tc tc - časová délka nakládacího cyklu (s), V1 objem lopaty (m³), kp součinitel plnění lopaty (0,85 – 1,0), q objemová hmotnost rubaniny (1,5 – 2,5 t . m³), Pro směnu:
Qsm
= Qh . kč . T
kč - koeficient časového využití (0,5 – 0,95), T – délka směny (h), Hodnocení výkonu nakládacích strojů je závislé na vnějších podmínkách, na rubanině, nakypření rubaniny, výšce rozvalu. Pokud časy čekání vzrostou nad únosnou mez nebo je 48
násypka drtírny nedostatečně naplňována bude vhodné zajistit další stroj nebo řešit kapacitu vozového parku. Pro stanovení počtu nákladních vozidel přistavených k jednomu nakládacímu stroji potřebujeme tyto hodnoty: Qh – hodinový výkon nakládacího stroje [t . h-1], Gv – nosnost vozidla [t], tp – doba plnění vozidla [min], tj – doba jízdy vozidla [min], tjv – doba jízdy prázdného vozidla [min], tv – čas vyklápění [min], tjp – čas jízdy plného vozidla [min], l1, l2, …, ln – přepravní vzdálenost [km], Qh
60
K = ----- ;
tp = ------- ;
Gv
l1
l2
ln
tj = 60 . ( ------- + ----- + …,,, + ----- )
K
v1
v2
vn
v1, v2, …, vn – rychlost jízdy [km . h-1], K – kvocient podílu hodinového výkonu rýpadla k hmotnosti nákladu
SPSKS
Tc = tjv + tp + tjp + tv ;
Tc – časová délka dopravního cyklu [min], f´- vozová frekvence,
N – počet potřebných vozidel k zajištění plynulého provozu. F´= 60 / Tc;
N = K / f´.
Při stanovení rychlosti plných a prázdných vozidel bereme v úvahu terén, výškové rozdíly a kvalitu provedení dopravních cest. K desetinnému výsledku počtu vozidel hodnotu zaokrouhlíme na celé číslo nahoru. Skutečnou rychlost v jednotlivých úsecích zjistíme jen časovým snímkem. Pro příklad jsou zadané tyto hodnoty: 1. průměrný výkon nakládání = 300 t . h-1, 2. rýpadlo s objemem lopaty 3,2 m³, 3. nosnost vozidla 25 t, 4. rychlosti vozidel 15 km . h-1 pro plný vůz a 25 km . h-1 pro prázdný vůz, 5. vzdálenost - 2,0 km jízda plně naloženého vozidla, 6. vzdálenost - 1,5 km jízda prázdného vozidla, 7. čas vysypání nákladu do násypky – 0,5 min. Výpočet: –
K = Qh : Gv = 300 : 25 = 12,
–
Tp = 60 : K = 60 : 12 = 5,0; 49
–
doba jízdy plného vozidla tjp = (2 : 15) . 60 = 8 min,
–
doba jízdy prázdného vozidla tjv = (1,5 : 25) . 60 = 3,6 min,
–
Tc = 3,6 + 5,0 + 0,5 + 8 = 17,10 min,
–
vozová frekvence f´= 60 : 17,10 = 3,51 ~ 4,
– potřebný počet vozidel N = 16 : 4 = 4. Pro určení definitivního počtu vozidel rozhoduje potřeba dodat potřebné množství rubaniny ke splnění plánované výroby. Jiné provedení rýpadel, např. s vlečným korečkem, drapákem, se v lomech s kusovou rubaninou neuplatní.
Doprava v lomech Dopravu využíváme podle potřeby pro otvírku, těžbu i rekultivaci. Na povrchových lomech pro hromadnou těžbu jsou převáženy značné objemy surovin. Přesun hmot je prováděn v terénu s velkými výškovými rozdíly a na provizorně upravených komunikacích. Automobily s terénní úpravou jsou prostředky využívané pro odvoz hmot z těžebních etáží. Po nasazení vozidel do těžby rubaniny z etáží se vytvoří pravidelný režim cyklické dopravy od stěny k násypce. Náklad je do násypky drtiče sklápěn. Objem korby je vyžadován od 5 m³ výše. Vozidla využíváme na přepravu rubaniny v lomu (různé vzdálenosti 0,5 až 5 km). Přepravní rychlost se liší podle místa jízdy; ve svažitém terénu a v DP jsou rychlosti omezovány interním předpisem. Obvykle je rychlost volena mezi 15 – 25 km/hod.
SPSKS
Přednosti automobilové dopravy: 1. velká pohyblivost,
2. možnost operativního nasazení s minimálními časovými ztrátami, 3. velký výběr sortimentu vozů různé nosnosti, od 10 t do 200 t, 4. povolený sklon jízdy u prázdného (12 až 15 %) a naloženého vozu (7 – 10 %), 5. dobrá pohyblivost, automobil překonává snáze i malé poloměry zakřivení vozovek. K nedostatkům automobilové dopravy počítáme, že: 1. dopravní výkonnost je ovlivněna obsahem korby, 2. auta mají nízkou životnost a vysokou náročnost údržby stroje, 3. jsou závislé na klimatických podmínkách, 4. jsou nákladné při velkých dopravních vzdálenostech. Dumpery a traktory s dumperovým návěsem jsou prostředky větších rozměrů. Jejich pohyb je omezen na DP, mají vyšší nosnost (10 m³ - 150 m³). Hydraulické vyklápění korby urychluje výsyp materiálu. Pohybují se omezenou rychlostí, obsluhují vnitřní výsypku nebo jsou používány pro přepravu rubaniny z jednotlivých etáží. Tyto stroje jsou přednostně uplatněny v lomech s vysokou produkcí.
50
SPSKS
Obr.34 Přehled dobývacích a transportních mechanizmů s doporučenými hodnotami efektivního použití. Nakládače byly nasazovány především jako obslužné stroje u skládek sypkých hmot a pro expedici výrobků. Manipulační vzdálenost je limitována několika sty metry (max. do 300 m). Nakládače jsou dobře ovladatelné při manipulaci u nákladních vozidel i při otáčení na malém prostoru. Objem lžíce je různý, od 1,7 do 6 m³ (extrémně až 14 m³).
Dobývání bloků pro kamenickou výrobu Z horninových těles, která byla do současnosti zachována v poměrně málo narušeném stavu, dobýváme bloky. Bloky jsou základní surovinou pro kamenickou a kamenosochařskou práci. Kámen je přírodní surovina. Člověk postupně využíval různé kameny pro nejrůznější účely. Dekorativní druhy kamene těžíme hlavně pro jejich vysoké estetické hodnoty. Významné jsou fyzikálně mechanické vlastnosti kamene, protože mnoho druhů kamene má velmi dobrou odolnost proti nepříznivým povětrnostním vlivům i mechanickému poškození. Odedávna jsou zachována významná historická díla z kamene. Kámen je symbolem stálosti i reprezentace lidské společnosti a tuto hodnotu si zachoval dodnes. Cílem dobývání bloků je vylomit z ložiska neporušený celistvý kvádr. Suroviny, které vylamujeme z povrchu zemské kůry, patří k horninám magmatickým, sedimentárním i metamorfovaným. Když jsou v ložisku nalezeny dostatečně veliké, viditelně neporušené bloky, je předpoklad k jejich použití pro kamenickou výrobu. Přesto pro kamenickou práci využíváme jen menší část hornin. Použitelnost pro kamenickou práci posuzujeme podle tradičních základních zkoušek. Jsou to: 51
1. objemová hmotnost 2. pevnost v tlaku 3. pevnost v tahu za ohybu 4. nasákavost 5. mrazuvzdornost Nově zaváděné evropské normy se ve výběru požadavků potřebných zkoušek odchylují. Při posuzování vylomeného hrubého bloku podle ČSN EN 1467 Přírodní kámen – Hrubé bloky jsou požadovány tyto hodnoty: 1. stanovení měrné hmotnosti 2. stanovení objemové hmotnosti 3. stanovení celkové a otevřené pórovitosti 4. stanovení pevnosti za ohybu při soustředěném zatížení 5. petrografický rozbor 6. pevnosti za ohybu při konstantním momentu Pro další druhy výrobků u každé nově zaváděné evropské normy jsou další odkazy na další zkoušky odpovídající nárokům na dané výrobky. Vlastnosti kamenů ovlivní jejich minerální složení, struktury a textury v bloku horniny. Výskyty nepatrných trhlin v kamenech jsou přirozené. Rozpad celistvých těles nebyl způsoben jen chladnutím magmatu. Postupnému střídání stlačování i smršťování zemské kůry vděčíme za kvádrovitou odlučnost dobývaných hornin i drobné trhliny v kameni.
SPSKS
Přirozené trhliny označují plochy odlučnosti kamenů. Podle tří ploch, často velmi rozdílných charakteristik, je možné vybrat směry pro dělení kamene. Označujeme ležení – L (Lager), na ni kolmou plochu běžnou – S (Seite) a boční plochu s velmi špatnou stranou pro přirozený odlom, tzv. „po hlavě“ - Q (quer) nebo lidově „po špatné“. Základní orientace ploch dělitelnosti jsou patrné nejen v ložisku, ale dají se „nahmatat“ i na vylomeném kameni. S přechodem na dobývání bloků výhradně stroji je toto přirozené orientování „přirozeného bloku“ zanedbáváno.
52
Obr.35 Ukázka orientace stran výhodných pro těžbu bloků
Výběr hornin těžených pro bloky Těžba bloků je zaměřená na magmatické horniny hlubinné světlé i tmavé. Mají velmi příznivé technické vlastnosti. Platí to pro granity, syenity, diority, gabra a jejich přechodové varianty, jako je např. granodiorit. U podpovrchových hornin není situace také příznivá. Mnoho ložisek vzniklo na poměrně malém, úzkém prostoru žíly. Většina těchto ložisek poskytovala zajímavé kvalitní materiály. Takové lomy neměly dlouhou životnost. Podle dnešních hledisek by se ani nemohly otevřít, protože rozhoduje objem nerostu stanovený limitem. Výlevným horninám chybí příznivější blokovitá odlučnost.
SPSKS
Sedimentární horniny klastické – hlavně pískovce, méně opuky a arkóny - jsou obvykle dobře horizontálně orientovány. Menší ložiska byla vytěžena v kvalitních partiích a opuštěna. V průběhu posledních 150 let mnoho místních ložisek skončilo. Po roce 1960 došlo ke koncentraci aktivních provozů a pracovních sil v oboru těžby ušlechtilých kamenů. Současnost těžby pískovců je orientována na necelou desítku těžených ložisek. Sedimentární horniny chemické postrádají výraznou orientaci nerostů. Patří sem vápence, dolomitické vápence a travertin. Metamorfované horniny jsou vázány na velikost přeměny původních hornin. Ortoruly mají základní magmatický silikátový materiál. Pararuly jsou přetvořeny metamorfózou z původního karbonátového sedimentu. V České republice netěžíme ortoruly v blocích, protože jsou tektonicky narušené. U pararul těžíme omezeně několik lokalit mramorů. V přehledu dobývacích metod budou uvedeny tuzemské metody těžby bloků spolu s metodami uplatněnými pouze v zahraničí.
53
SPSKS
Obr.36 Ložisko pískovce v Podhorním Újezdu
Výlom bloků Počátky těžby kamenické suroviny – bloků - byly obtížné. Původní technologie výlomu je klínování. Do vymezeného úseku kamene lamač vysekal otvory, kapsy kolem 100 x 60 mm a hloubky až 100 mm. Pracovalo se s ocelovými klíny a palicí. Na očištěném kameni - těžební lavici - byly hledány svislé pukliny, rýhy. Po rozšíření a vyčištění nahrazovala rýha vrty. Do rýhy bylo vloženo malé množství černého trhacího prachu. Pro uvolnění většího množství kamene je tato metoda použitelná i dnes. Uvolnění bloku z ložiska – výlom - vyžaduje vždy tři volné plochy. Systém tří volných ploch odpovídá volnému čelu, volné přední běžné ploše a vrchní ložné ploše. Vylamováním postupně vytváříme těžební stupně. Výška stupně odpovídá přirozeným lavicím v daném ložisku. Těžíme v lomech stěnových, jámových a polojámových. Postupným zahlubováním v lomu budou chybět volné těžební hlavy. Pokud není volná boční strana bude nutno ji vytvořit. Novou volnou plochu v těžební lavici vytvoříme těmito metodami: 1. propalováním termickým hořákem 2. prostřelkou ulice 3. odvrtáváním na souvislou drážku 4. vyřezáváním řetězovou pilou
54
5. vyřezáváním lanovou pilou 6. vyřezáváním kotoučovou pilou 7. vyřezání vysokotlakým vodním paprskem Po odvrtávání na souvislou drážku šířky okolo 100 mm jsou ztráty na surovině malé. Podobně je hospodárné propalování úzké drážky, která dosahuje přibližně stejnou šířku. Prostřelkou uličky dochází k velkým ztrátám, řádově v desítkách m.³ Přípravuje se navrtáním husté sítě maloprofilových vrtů. K odstřelu použijeme brizantní trhaviny. Po odstřelu zůstane volná hlava, ale kámen prodáme pouze na zavážku. Strojním vyřezáváním, lanem, kotoučem, řetězem nebo vysokotlakým paprskem mohou být ztráty minimální. Volné plochy bloků jsou v řezech zcela neporušeny. Vybírá se metoda s ohledem na dostupnost moderní strojní techniky podle nákladnosti a vždy pro co nejmenší poškození ložiska. Metody použité pro výlom bloků: 1. odvrtávání – perforováním 2. odvrtáváním na souvislou drážku – jen pro uvolnění těžební hlavy 3. propalování termickým hořákem 4. vyřezáváním lanem (dvě metody, podle typu lana) 5. vyřezáváním řetězem 6. vyřezáváním kotoučem 7. vyřezáváním vysokotlakým vodním paprskem
SPSKS
Metoda odvrtávání perforováním
Použitá technika: pneumatické vrtací kladivo nesené lafetou pro jedno i dvě kladiva. Vrtáme monobloky nebo vrtacími tyčemi s nasazenou korunkou. Průměry jsou od 36 do 45 mm. Vrtáme odvykle až na ležení, jinak do hloubky mezi 1,0 až 3 m. Hloubka vrtů je závislá na výšce lavic a na způsobu rozpojování. Vzdálenosti vrtů volíme mezi 0,1 až 0,35 m. O rozteči mezi vrty rozhoduje druh materiálu, směr lámání (běžný a po hlavě) a způsob rozpojování. Příprava vývrtů nezpůsobí oddělení odvrtávaného bloku od masivu. Další postup nabízí rozpojení: a) pérovými klíny, sestava tří součástí klínů b) hydraulickými pérovými klíny c) trhavinou Vezuvit TN (tradiční černý trhací prach) d) nevýbušnou směsí Cevamit (Směs se krystalizací rozpíná) V současné době patří odvrtávání perforováním mezi zcela převažující technologie v České republice.
55
Obr.37 Odvrtávání bloků perforováním
Odvrtávání souvislé drážky Použitá technika: pneumatické vrtací kladivo na pevném nebo pojízdném podvozku. Provádí se přesné vrty s průměry nad 50 mm, nejlépe kolem 100 mm. Jednotlivé vrty jsou po dokončení tak těsně na sobě, že vytváří souvislou drážku. Tento postup je značně pomalý, ale zajistí uvolnění těžební hlavy. Pro zahloubení lomu a pro uvolnění těsné sevřené lavice je to jedno ze snadných řešení. Postup vrtání byl zpracován samostatně pro tvrdé materiály (granity apod.) a odlišnou technologií pro měkké materiály (mramory).
SPSKS
Obr.38 Odvrtávání souvislé drážky
56
Postup vrtání granitů provádíme ve dvou etapách. V první etapě se odvrtávají otvory s roztečí o průměru vrtací korunky. Druhou etapu zahájíme po dokončení perforačních vrtů. Do sousedních otvorů vložíme vodící tyče. Vrtáme přepážku, která zbyla mezi dvěma vrty. Vodící tyče mají průměr 0,7 D. Hloubka vrtání závisí na výšce lavic nebo podle potřeby. Vrtá se do hloubky 3 až 6 m.
Propalování drážky termickým hořákem Metoda je použitelná u hornin s vyšším obsahem volného SiO2, tedy především u granitů a granitoidních hornin. Propalováním, tryskově termickým řezáním, vytváříme širokou drážku. Na kámen působí proud horkých plynů o teplotě 1400 – 2200°C, které proudí nadzvukovou rychlostí (1500 – 2000 m/s) z trysek hořáku. Používáme dvou složek do hořáku, palivo a okysličovadlo. Třetí složka, chladící voda, používaná u některých systémů hořáků, může chybět. Palivo (benzin, petrolej, kerosen nebo nafta) a okysličovadlo (technický kyslík, směs kyslíku se vzduchem nebo jen prostý stlačený vzduch) jsou hlavními látkami v procesu. Jednotlivé látky jsou přiváděny samostatným potrubím do hořáku. Ve směšovací hlavě atomizéru“ se mísí a spalují ve spalovací komoře.
SPSKS Obr.39 Souprava pro termické řezání kamene Spaliny vystupující tryskami hořáku tvoří charakteristický plamen hořáku. U ústí trysky vzniká rázová vlna a projevuje se silným zvukovým efektem. Hořák se zapaluje vnějším zdrojem. Necháme vytékat z přívodu palivo, které se před tryskou zapálí otevřeným plamenem. Hoření směsi se samo přenáší do spalovací komory, kam přivádíme okysličovadlo. Hadice se základními složkami jsou napojené k vodící trubce s hořákem. Délka trubky (od 2 do 6 m) vymezuje hloubku propalované vrstvy kamene. Propálená drážka má šířku odpovídající průměru hořáku přes 100 mm. Délka řezu není omezena. Konstrukce NDR odlehčovala hořák se 6 m dlouhou ocelovou trubkou a hadicemi. Metoda je vhodná na uvolňování těžební hlavy a při zahlubování jámového ložiska.
57
Metoda vyřezávání lanem Od počátků vybavování mramorových lomů stroji (koncem 19.stol.) byl používán splétaný ocelový drát (dvojice nebo trojice drátů) na vyřezávání skály. Drážka řezu byla zalévána jemným křemičitým pískem. Tato technika těžby mramorů řezáním byla rozšířena v mnoha státech Evropy.
Obr.40 Dialano pro těžbu bloků
SPSKS
Obr.41 Vyřezávání kamene lanovou pilou
58
Koncem 20.stol. bylo vyvinuto dokonalejší řezací lano s diabortovými prvky. Na vícedrátkovém nosném laně jsou navlečené diaperly (cizí názvy: perline – it., beads – ang.), s mezerami vyplněnými distančními spojkami. Distance je ocelová pružina nebo dutinka z umělé hmoty. Po obvodu kovového nosiče mají diaperly naneseny diabortová zrna v kovovém pojivu. Užívají se syntetické diamanty. Diamanty pomohly zvýšit rychlost řezání čtyřnásobně. Dialano je výkonnější a má vysokou životnost. Metr dialana nejběžnější charakteristiky, s umělým diamantem v koncentraci asi 1,5 crt/cm3, počtem 30/32 perliček na metr, dosahuje životnosti mezi 25 až 35 m2 řezaného materiálu (mramoru). Používá se lan o průměrem diaperel od 8,5 až do 11,5 mm. Stroj napíná lano posuvem stroje po kolejové dráze. Dialano musí být během řezání důkladně zaléváno vodou. Vlastní nasazení řezací techniky je podmíněno provedením vertikálních a horizontálních děr, které se musí v určitém místě spojit. Jejich provedení je možné výlučně vrtacími soupravami s vrtacími tyčemi o minimálním průměru korunky 90 mm (průměr soutyčí 80 mm), ev. i s většími průměry. Tento způsob těžby je tzv. „řezání smyčkou“, kde dialano dosahuje řeznou plochu tak, že je protaženo dvěma vývrty v přibližně pravoúhlé soustavě. Možná odchylka od ideální osy vrtu je patrná při hloubkách přes 12 m. Výkonnost řezání se zvětšuje při větších objemech odřezaného monolitu. Lano se může upravovat na potřebnou délku, přetržené lano slisovat přímo v lomu. Šířka vyřezané drážky je podmíněna přesností postavením stroje, vedením lana, celkovou délkou lana a napínací silou. Výkon dialana je oproti tradičnímu řezání 3 – 5 krát vyšší. Novou technikou můžeme řezat svislé i téměř vodorovné řezy (podřezávání masivu). Technika je intenzivně využívaná mimo ČR již po dobu tří desítek let při těžbě mramoru. Nově se metoda použivá i pro řezání granitů.
SPSKS
Parametry některých řezacích zařízení:
lanová pila Beta 870/M (Itálie) pro těžbu mramorů – napínání lana automatické nebo s ruční regulací. •
průměr hnacího kola 800 mm
•
otáčky hnacího kola 975/min
•
rychlost lana 40 m/s
•
průměry řídících kladek 350/400mm
•
vodící kolejiště má 3 sekce po 2m délky
•
pohon el.motorem 60 nebo 75 HP
Metoda vyřezávání řetězem Řetězová pila má výměnnou lištu, na níž obíhají články řetězu se zuby SK. Nabízí se paralela s řetězovými pilami na těžbu dřeva. Po každém řezu krátkou lištu nahrazujeme delší lištou s řetězy a tak dosáhujeme hlubších řezů. Lišty jsou dlouhé od 1,5 m až do 4,5 m. Zuby řetězu jsou široké až 40 mm, vyřezaná drážka je podstatně širší. Stroje jsou použitelné pouze na řezání měkkých materiálů, vápenců, mramorů, případně tufů.
59
Obr.42 Schéma řetězové pily 1 – kolejové vedení, 2 – hnací hydromotory, 3 – vyměnitelná lišta, 4 – ozubený řetěz. Každý článek řetězu má zuby různé šířky (14 – 20 – 30 – 40 mm), tím se dosahuje postupného rozšiřování řezané drážky. Takový řetěz vyžaduje pravidelné přebrušování zubů speciální bruskou. Nová konstrukce řetězu má odnímatelné zuby. Otupené zuby lze vyměňovat pouhým přešroubováním, řetěz zůstává na liště.
SPSKS
Diabortové obložení se uplatnilo i na novém řetězu těžební pily. Články řetězu mají aktivní diavrstvu po celém obvodu ve stejné šířce (40 mm). Stroj vyžaduje masivní konstrukci a zvýšený přítlak na lištu s řetězem. Výhodné je, že se řetěz nemusí brousit. Životnost řetězu s diavrstvou (řetěz má 65 destiček na 65 článcích): 1500 m2 řezu v mramoru, 520 – 550 m2 na tzv.„belgické žule“ (černý mramor), 5000 – 6000 m2 v travertinu. Parametry řetězové pily firmy Korfmann, typ ST 160 D (stroj starší koncepce) má tyto parametry: •
délka lišty [m]
1,25
2
3
•
příkon elektromotoru [kW]
90
130
160
•
šířka diazubů [mm]
29
29
29
•
výkon [m2/hod]
3,5 až 8
3,5 až 8
3,5 až 8
•
spotřeba vody cca 50 l/min.
60
SPSKS Obr.43 Řetězová pila v italském mramorovém lomu.
Metoda vyřezávání kotoučem Kotoučová pila pro těžbu bloků pracuje s velkým průměrem kotouče. Zařízení pily má mohutný tuhý rám délky přes 10 metrů. Před řezáním je hydraulicky horizontálně stabilizován. Hnací jednotka se posouvá po rámu. Spuštěný řezací kotouč se postupně zařezává do kamene. Po dosažení potřebné hloubky projíždí celou délku rámu. Kotoučem řežeme všechny karbonátové horniny na plný záběr. Velkoprůměrové kotoučové pily pracují s diakotouči 3 000 nebo 3 500 mm. Užitečná hloubka řezu se pohybuje kolem 1,0 až 1,2 m. Pila má více konstrukčních verzí. Nejnáročnější provedení pily dovoluje pracovat s kotoučem v horizontální poloze na podřezávání lavice kamene. Kotouč ve svislé poloze je příčně přestavitelný až o 1500 mm. Navazujícími řezy může
61
přestavěný kotouč řezat více souběžných vertikálních řezů. Zařízení je náročné na přípravu roviny ložiska. Vyžaduje odpovídající chlazení vodou během řezu; doporučuje se okolo 120 lt/min. Současnými stroji vyřezáváme jen měkké karbonátové horniny – vápence, mramory, travertiny. V České republice nejsou podmínky pro jejich použití. V bývalém jugoslávském lomu na mramor Sivec v roce 1976 pracovalo zařízení francouzské firmy Wallem, typ RV 3000. Stroj dosahoval kolísavého výkonu mezi 5 – 8 m²/hod. Měl docela přiléhavý název „Requin = žralok“.
Obr. 44 Používání velkoprůměrové kotoučové pily na mramorech
SPSKS
Metoda vyřezávání kamene vysokotlakým vodním paprskem
Myšlenka použít vodní paprsek na řezání libovolných materiálů není nová. V polovině 20.století byl ukončen vývoj vyvinutí vysokých tlaků na tryskání vodou. Pro praktické využití řezání v těžbě i opracování kamene vodním paprskem muselo být dosaženo aspoň spodní hranice tlaku představující cca 50 procent průměrné pevnosti v tlaku dané horniny.
62
SPSKS Obr.45 Vyřezávání bloků vysokotlakým vodním paprskem S vodou a přidaným abrazivem jsou dnes řezány velmi tvrdé látky, kámen nevyjímaje. V základním vybavení stroje je jednoduchý tuhý rám. Na rámu pojíždí konstrukce s velmi výkonným tlakovým agregátem pro dosažení extrémních tlaků, vlastním elektropohonem čerpadel a vodící lafetou s tryskou. Přestavění lafety vodícího zařízení umožní provádět svislé i vodorovné řezy.
63
Parametry stroje PEL JET - firma Pellegrini (Itálie) •
spotřeba vody - 680 l/m2; od 15 l/min výše
•
rychlost řezání ve svislém řezu - 2,54 m2/h
•
rychlost řezání ve vodorovném řezu - 1,66 m2/h
•
odolnost trysky - 100 m2 řezu
•
spotřeba elektrického proudu - 50 kW/m2
•
elektromotor 74 kW
Parametry stroje firmy Waterjet (Itálie) - Qm 100 •
velikost konstrukce stroje - 3x2,2 m,
•
výška/délka tyče s tryskou 3 - 7m,
•
výkon v žule 1 m2/h,
•
výkon v mramoru 3 m2/h,
•
motor 74 kW
•
hmotnost stroje 5t
V České republice těží pomocí vysokotlakého vodního paprsku i bloky pískovce. Vývojem dojde i na pevnější materiály podobně jako v Evropě.
SPSKS Obr.46 Pískovcový lom Mšené Lázně.
64
SPSKS Obr.47 Propalování masivu lehkou soupravou
Obr.48 Tepelný hořák řeže v granitovém masivu
65
SPSKS Obr.49 Oddělení surového perforovaného bloku hydroklíny Počet vývrtů a počet použitých hydroklínů je určován s ohledem na druh suroviny, dané směry dělitelnosti v konkrétním ložisku a hloubku vrtání. Od výrobce jsou v sestavě čtyři hydroklíny. Spolehlivý rozlom se zajistí vrty na plnou výšku lavice. Pro rozpojení postačí tři nebo dva hydroklíny. Velikost hydroklínů je odstupňovaná podle trhací síly.
66
Nakládání a manipulace při těžbě bloků Odtržením bloku od skalního masivu vzniknou svislé spáry, ale blok zůstává na ložné spáře („na ležení“). K vyzvednutí odlomeného bloku z lomu připravíme vázací prostředky. Lamači využívají drobné pomůcky pro manipulaci – sochor a hák s okem pro jeřáb. Sochorem uvolňujeme trhlinu výlomů pro zasunutí háku a jeřábem trochu nadzvedneme. Do spáry pod blokem snadněji vsuneme ocelová lana. K novějším prostředkům pro uvolňování patří vzduchový vak. Minimální tloušťka prázdného vaku je 30 mm. Po naplnění stlačeným vzduchem se vak rozšíří. Vak vsouváme do lomových spár, případně spáry rozšíříme sochorem. Vzduchový vak se dá opakovaně podsouvat, břemeno podkládat nebo zdvojovat k dosažení dostatečně volné spáry u těženého bloku. V cizině, zejména v Itálii, se odřezávaly velké celky, mramorové monolity přes 100 m³. Pro sklopení odříznutých monolitů byly používány hydraulické válce. Pro hydraulické válce byla vysekána kapsa podle velikosti hydraulického válce. Válce vyvinou na bok monolitu tlaky od 100 t výše. Sklopený monolit je dále dělen řezáním nebo odvrtáváním. Bloky vážeme: 1. Dvojicí stejně dlouhých ocelových lan, které podsuneme pod ložnou spáru; pokud není spára volná, blok páčíme, posouváme a nazvedáváme sochorem. 2. Ocelovým řetězem s háčkem; stabilita vázaného bloku je závislá na těsném přitažení řetězu ke kameni. 3. Na krepnu; původně historická pomůcka ke zvedání opracovaných kamenů, dnes modernizovaná. Pro krepnu připravíme kruhový otvor, navrtáme do těžiště bloku krátkou díru do 0,25 m. Krepnou zvedáme blok kamene jediným lanem.
SPSKS
V lomech pro těžbu bloků používáme zvedací mechanizmy stabilní a mobilní. K historicky starším patří tyto stabilní mechanizmy: •
sloupový jeřáb zvaný derik
•
lanový jeřáb
•
kabelový jeřáb
Sloupový jeřáb, zvaný derik, má umístění jeřábu nad lomovou stěnou nebo byl stavěn na vytěženou počvu před těžební stěnu. Vybírá se místo, kde nepokračuje postup těžby, např. plocha s pevným podkladem. V prostoru deriku je část plochy těžební a část plochy pro manipulaci a na přechodné uskladňování bloků nevhodné velikosti, které zpracujeme na hrubé kamenické výrobky (HKV). K manipulační ploše vedeme komunikaci pro nákladní vozidla. Umístění deriku podporuje budoucí prohlubování lomu. Jeřáb má dosah omezený délkou výložníku. Sloupové jeřáby mají mít vyšší nosnost; od 10 t výše. Výhodné jsou nosnosti 25t až 40t, aby se lépe využila délka výložníku. Podle délky lomové stěny a roztěženosti ložiska mohou být v lomu instalovány další jeřáby, které se nesmí vzájemně překrývat. Sloupovým jeřábem se nesmí přitahovat břemena mimo teoretickou výseč mezikruží.
67
Obr. 50 Sloupový jeřáb v kombinaci s jeřábem na housenicovém podvozku z provozu v Žulové ve Slezsku Příklad: Zjistěte hodinový výkon jeřábového zařízení v kamenolomu. Strojní zařízení sloupový jeřáb derik – parametry stroje s konkrétními podmínkami:
SPSKS
•
otoč výložníku 220°
•
nosnost 10 t
•
výložník jeřábu min.vyložení 8 m, maximální vyložení 28 m
Jeřáb je instalován nad lomovou stěnou 16 m nad manipulačním prostorem a těžba pokračuje v průměrné hloubce kolem 18 m pod úrovní manipulačního prostoru. V denním režimu manipuluje s břemeny o průměrné hmotnosti kolem 2 t (při průměrné objemové hmotnosti 2 500 kg/³ = 0,8 m³). Výpočet obsluhované plochy jeřábu: S = π . ( R2 – r2 ) . (α/360°) [ m2 ] S= π .(784 - 64) . 220/360 = 1382,3 m2 Rozbor pracovního cyklu vázání a vyzdvižení kamenných bloků, paletovaného lomového kamene a jiného odpadu v korbách vychází pro jednotlivé činnosti následovně - časy jsou v minutách a setinách min.: uvázání bloku.................................... 8,00 zdvih do výšky 18 m (8m/min) ........ 2,25 otáčení o ¼ otáčky (i za zdvihu)....... 0,75
68
spuštění a odvázání bloku................. 4,50 otáčení, spouštění ............................. 4,00 celkem .............................................. 19,50 časové ztráty kolem 30 %................. 5,50 minut celý cyklus ....................................... 25,00 minut
SPSKS Obr. 51 Situace sloupového jeřábu instalovaného nad stěnou ložiska Výkon stabilního jeřábu (zjednodušený výpočet): Trok . 60 Q = -------------- . qprůměr
[ t/rok ]
t cyklus
69
Q = (roční časový fond pracovních hodin . 60 „minut“ . průměrná nosnost jednoho zdvihu v tunách) / čas cyklu v minutách Q = 2000 . 60 . 2,0 / 25,00 = 9 600 t Vypočtená obslužná plocha stabilního jeřábu (max.) se člení na dílčí plochy: •
Plocha těženého ložiska.
•
Plocha pro nakládání na dopravní prostředek, která musí být v dosahu jeřábu a má jednoduchou vozovku pro příjezd a odjezd vozidla.
•
Plocha na odložení bloků, palet s odpadem a palet s lomovým kamenem (součást těžby).
•
Bezpečná plocha pro obsluhu nákladního prostoru od 100 do 200 m2.
•
Ztráty ploch, část nevyužitelných prostor.
Lanový jeřáb patří k nejstarším a dosluhujícím stabilním zařízením. Tento typ jeřábu má dvě jednoduché nosné kozy, které nesou hlavní nosné lano. Hlavní nosné lano je zavěšeno nad lomem a nese jeřábový vozík, kočku s kladkou a hákem a dvě obslužná lana - pro zdvih a pojezd vozíku. Obsluhovaná plocha lomu je obdélníková. Postupnou hloubkou se plocha rozšiřuje. Lanem nesmíme bočně přitahovat břemena pod úhlem větším, než je úhel opěrných ramen lanového jeřábu (α = 15°, poloviční úhel mezi opěrami nosných koz). Jedna z nosných koz musí být umístěna tak, aby pod nosným lanem vznikla dostatečná plocha pro nakládání na dopravní prostředek. Obě nosné kozy mají mít přibližně stejnou výškovou polohu.
SPSKS
Obr.52 Schéma lanového jeřábu; zobrazeno prohloubení lomu s rozšiřující se obslužnou plochou jeřábu (vpravo) Pokud jde o rozpětí mezi nosnými kozami, byl každý lanový jeřáb řešen pro konkrétní lom. Proto mají jeřáby různé rozpětí, od menších okolo 50 m do rozpětí délky přes 200 m. Nosnost lanových jeřábů bývá relativně nízká, od 1,5 do 5 t. Menší nosnosti jeřábů jsou zvýhodněné tím, že zatížení lana s břemenem je přímé, bez omezujícího vyložení od osy těžiště.
70
Obr.53 Schéma pro instalaci několika lanových jeřábů Manipulace s blokem na laně si vyžaduje ve všech fázích pohybu břemene mnohem vyšší obezřetnost vazače. Zatížením se nosné lano značně prohne. Zvedací rychlost je nižší (26 m/min) než pojezdová (60 m/min). Příklad Zjistěte hodinový výkon lanového jeřábu nad jámovým lomem. Strojní zařízení - lanový jeřáb – parametry stroje se zadáním:
SPSKS
•
rozteč nosných koz 250 m
•
užitná délka prostoru nad těžbou i manipulačním prostorem je 180 m
•
užitná délka nad těžbou Lu = 110 m
•
manipulační prostor a skládka bloků Lm = 70 m
•
nosnost jeřábu 5 t
Jeřáb je instalován nad lomovou stěnou 13 m nad manipulačním prostorem. Těžba pokračuje v průměrné hloubce kolem 20 m pod úrovní manipulačního prostoru. Celková výška jeřábu nad počvou lomu hc = 33 m, průměrná manipulační výška pro jeřáb hm = 22 m; (+ 2 m nad plochu). V denním režimu manipuluje s břemeny o průměrné hmotnosti 1,25 t (při průměrné objemové hmotnosti ρ = 2 650 kg/m³ = 0,38 m³). Výpočet obsluhované plochy jeřábu S = Lu . 2 . tg α . hc
[ m2 ]
S = 110 . 2 . 0,2679 . 33 = … zaokrouhleno na 1945 m² Obsluhovaná plocha podle daných parametrů, včetně manipulační a skladovací plochy, vychází podstatně větší, celkem přes 2430 m². Vývoj zdvihadel dává přednost mobilitě. Moderní těžební metody právě v případě těžby bloků vyžadují zarovnávání stěn, vyrovnávání horizontálních ploch a zpřístupnění počvy mobilním mechanismům. Mobilní jeřáby používáme pokud je upravena část počvy. Volíme jeřáby na housenicovém podvozku nebo jeřáby na kolovém podvozku. 71
Použití mobilních technických prostředků jak pro těžbu, tak pro nakládání závisí na typu lomu, způsobu otvírky a postupu těžby. Pro těžbu bloků jsou vhodné jeřáby s podvozkem housenicovým. Takový podvozek je schopen překonávat několika centimetrové nerovnosti a opakovaným přejížděním rovinu urovnává. Pro jeřáby kolové podvozky bude nutné vhodně urovnat příjezdové a manipulační plochy. Technické parametry jeřábů: nosnost, dosah/dostupnost k místu těžby, cena stroje, plánované využití stroje. S velikostí vytěženého bloku souvisí nosnost zdvihadel. Jeřáby v našich lomech nevyhovují pro malou nosnost.
SPSKS Obr.54 Sloupový jeřáb bez opěrných ramen kotvený lany do skály. Často používaná koncepce s instalací sloupového jeřábu před lomovou stěnu a s několika pracovišti po obvodu kruhu.
72
SPSKS Obr.55 Mobilní jeřáb zajistí manipulaci několika pracovišť lamačů, lom Božanov Rozměry bloků k dalšímu zpracování jsou limitovány podle listových pil. Příkladně menší rámové pily mohou řezat bloky do velikosti 3,0 x 1,9 x 1,5 m (ČR PR 23), větší rámové pily zpracují blok až do velikosti 3,5 x 2,3 x 2,0 m. Příkladně na malé listové pile můžeme rozřezat blok objemu 8,5 m³, tj 22,5 t. Pro takové bloky nemáme odpovídající nosnosti dílenských jeřábů. Vyzvednout blok větší hmotnosti řeší provozy podle situace zajištěním speciálního jeřábu. Posuzuje se dosah výložníku a vyšší nosnosti. Pro jámové lomy je to jediným řešením. V cizině jsou pro manipulaci a nakládání odlomených bloků používány lopatové nakládače s vyšší nosností. Odsunutý blok dokáže nakládač podhrábnout a naklopit do lopaty. Použití nakládačů vyžaduje zpřístupnit komunikacemi jednotlivé etáže nebo lavice v lomu.
73
Vodorovná manipulace a doprava Při rozvaze o potřebě vodorovné manipulace a navazující dopravě vycházíme z potřebné vzdálenosti na přemístění hmot. Dalším hlediskem bude potřeba přemístit surovinu uvnitř dobývacího prostoru nebo převážení po veřejných komunikacích. Automobilová doprava je vhodná pro větší vzdálenosti. Využívá se na odvoz suroviny a výrobků z lomu, tedy z dobývacího prostoru. Dbá se na bezpečné uložení nákladu. Jednotlivé bloky ukládáme na ložnou plochu na podložkách. Výška podkladu má vyhovovat pro snadné podsunutí ocelových lan nebo vidlic vysokozdvižného vozíku. Kusové stavivo by nemělo přesahovat přes korbu nebo musí být patetizováno a přepásáno. V prostoru pro přistavení vozidla bude nutné aspoň urovnání povrchu a minimální zpevnění vozovky. U stabilních jeřábů je vymezený tzv. manipulační prostor. Prostor, tj. místo trvale volné, vyhrazené pro bezpečné najíždění automobilů a vysokozdvižných vozíků. Dempry jsou terénní vozíky o vyšší nosnosti. Při manipulaci se s výhodou využívalo efektu snadného a rychlého vyklopení obsahu korby. Dempry byly vhodné pro vnitrozávodovou dopravu. Strojem se účelně přemístil vytěžený kámen na různá místa k dalšímu zpracování. Používaly se hlavně k zásobování kameníků připravující HKV. Zpracování menších bločků při výrobě hrubých kamenických výrobků bylo hospodárně využito pro výrobu soklového kamene, silničních krajníků a přípravu plátků pro kostky. Při této činnosti je značný obrat suroviny a dělníkům se musí surovina průběžně navážet k místu zpracování. Dnes jsou dempry vytlačovány VZV. Dempry nejsou použitelné k moderní manipulaci s paletami.
SPSKS
Stabilní jeřáby obslouží prostor na dosah jeřábového ramene. Stabilní jeřáby využijeme nejen v lomu, ale také v kamenickém provozu. Nově rekonstruované provozy již nevybavujeme stabilními jeřáby, protože jejich funkci plně nahradí VZV o vyšší nosnosti. Vysokozdvižné vozíky (VZV) jsou vhodné pro manipulaci jednotlivými kusy suroviny ke zpracování HKV přímo v lomu. Podmínkou provozování VZV je upravený a zpevněný terén. V prostoru výroby HKV slouží k zásobování jednotlivých pracovníků bločky, pro výpomoc při překlápění, pro nakládání a odvoz palet s hotovými výrobky. Pro trvalé nasazení v lomu opatříme pneumatiky VZV ochrannými řetězy. Stroje jsou konstruovány na lehký provoz po pevných plochách s menší nosností. Pro těžký provoz jsou opatřeny terénní úpravou s dvojitou montáží. Nosnost vozíku Desta 3222 TN byla 3,2 t; původní standard v ČSSR. Dnes zahraniční výrobci nabízí také stroje o vyšší nosnosti. Z 35 předních světových značek má řada firem zastoupení v ČR, např. firmy Nissan, Toyota. Pro VZV mají význam také doplňky vysokozdvižných vozíků. Příkladně prodlužovací vidlice umožní dosáhnout k paletám i při snížení povolené hmotnosti těles. Závěs na vidlice vozíku, na jednu nebo na obě vidlice (větší nosnost) dovolí manipulaci s uzavřenými paletami. Značení dopravních cest je nutné instalovat pro všechny mobilní prostředky. Způsob značení je odlišný podle prostředí - prostor na těžební etáži (plošině), u manipulačního prostoru, u skladu suroviny. Obecně platí normalizované značky pro silniční dopravu.
Vázací prostředky pro manipulaci s kamenem Ocelové řetězy – dvojice řetězů obepíná kámen, propojení řetězů zajišťujeme háčkem. Nabídka řetězů je velmi široká (jednotlivé řetězy až po čtveřice řetězů na jediném závěsném oku).
74
Ocelová lana – dvojice/výjimečně jedno/ lan obepíná kámen, lana jsou podsunuta pod blok, paletu apod., oka lan zavěšujeme na jeřábový hák. Popruhy – shodně s ocelovými lany – dvojice popruhů podsuneme pod blok, paletu … nosnosti od 500 kg do 12 000 kg, závislost na konstrukci a množství použitých popruhů. Výjimkou je nekonečný pás (bez ok a vazáků). Další prostředky – krepny, kleště, vakuové manipulátory jsou prostředky vhodnými pro manipulaci pomocí jeřábu do kamenických dílen, nikoliv do lomů. Krepnu se snažilo mnoho těžařů prosadit do lomů. Krepna a kleště na kámen jsou historickými manipulačními prostředky. Používaly se ke zvedání masivních opracovaných kamenů. Pro krepnu volíme otvor vždy v pomyslném těžišti kamene. Moderní krepna se zasazuje do kruhového vývrtu hloubky od 180 do 250 mm. Do tělesa navrtáme pouze jediný otvor vrtákem o průměru 38 až 42 mm (průměr je podmíněný profilem krepny). Těleso krepny, dvojdílné nebo třídílné, vložíme do vývrtu a zaklínujeme klínem. Při zvedání tělesa postupujeme pomalu a velice opatrně. Trvale hrozí riziko uvolnění krepny a pád tělesa. Použití krepny při těžbě v lomu znamená urychlení manipulace, ale také ztrátu. Kvalitní vyhraněný blok bude mít v těžišti poškozenou část z budoucích nařezaných desek.
SPSKS Obr.56 Vzduchový vak
75
Hromadné odstřely v lomech Povrchové dobývání pevných hornin se neobejde bez účinného působení trhacích prací. Podle účelu trhací práce rozlišujeme odstřely primární a sekundární. 1) Odstřely primární jsou rozhodující pro objem těžby. Konají se jimi základní práce při rozpojení horniny, formování masivu a vytváření těžebních etáží. Způsob provedení odstřelu zásadně ovlivní hospodárnost těžby. 2) Odstřely sekundární jsou charakterizované především menším rozsahem trhací práce. Týká se oprav nevhodných pozůstatků po primární trhací práci. Odstraňujeme nevhodné výstupky na nově rozšířené etáži, tzv.paty, případně odstřelujeme převisy ve stěně. Pro druhotné odstřely používáme menší průměry vrtů, vrty bývají kratší a nabíjíme malé množství trhaviny. V celkovém hodnocení mohou náklady na sekundární trhací práci dosáhnout hodnot, které stojí za pozornost. Navíc sekundární trhací práce představují další riziko. Zrovna s přihlédnutím k zásadám dodržování bezpečnosti práce při trhací práci na místě i v bezprostředním okolí pracoviště. Pro určitý druh pracovních postupů používáme vžitý pojem „trhací práce malého rozsahu“ – TPMR. Báňské předpisy přesně stanoví povolenou hmotnost použité trhaviny pro celkovou hmotnost nálože i hmotnost jednotlivé nálože. TPMR podmiňuje také výběr vrtací techniky. Pro malé množství trhaviny provádíme vrty malými průměry vrtacích korunek. U TPMR jsou nálože ve vrtech důkladně utěsněny. Těsnící materiál musí být sypký případně zvlhčený.
SPSKS
Možnost použití volně přiložené trhaviny na zmenšení nadměrného kusu, tzv. příložné nálože, se dnes využívá jen zcela zřídka. Více důvodů nám brání odstřelit trhavinu prakticky netěsněnou. Velmi hlasitý zvukový efekt, vyšší spotřeba trhaviny, potřeba používat trhaviny vyšší pracovní schopnosti, to jsou hlavní argumenty pro zásadní přístup při posuzování kdy použít příložných náloží. Druhou rozsáhlejší skupinou jsou trhací práce velkého rozsahu – TPVR kterou zabezpečujeme hromadné odstřely. Na všechny druhy TPVR musí být vypracovány projekty. V přípravě projektu trhací práce sledujeme tato hlediska: •
zajištění přiměřeného objemu odstřelené suroviny
•
dodržení vytyčeného postupu těžby podle POPD
•
dalšího formování ložiska úpravou etáží v plánovaném směru
•
dodržení bezpečných limitů
Zásadní je výběr techniky rozpojování. Cíl zůstává stejný, proto se používá: 1) soustředěných náloží 2) náloží ve vrtech 3) kombinace obou technik Metoda umístění soustředěných náloží velkého objemu v celistvém horninovém masivu je používána v komorovém odstřelu.
76
Metoda válcových náloží ve vrtech umožní rozložit trhaviny na značnou délku etáže. Příhodně sestavíme do projektů trhací práce jednu i více řad vrtů. Při jedné řadě vrtů sestavíme řadový odstřel. Sestavením dvou až tří řad vhodně sestavených vrtů připravíme clonový odstřel. Pro práce k plošnému uvolnění hmot, celistvých skrývek, připravujeme plošný odstřel, někdy nazývaný kobercový odstřel.
Komorové odstřely Patří k nejstarším způsobům odstřelů, přestože původní účel využití byl vždy vojenský. Od 50. let 20. stol. bylo uskutečněno několik desítek komorových odstřelů na různých místech republiky. Odstřely se v průběhu tří desítek let prováděly v různých materiálech a také na vyšších stěnách než je dnes povolené. Po ústupu od těchto odstřelů se po půlstoletí přehodnocuje názor na tuto technologii. Za určitých podmínek, pro jednorázovou přípravu dlouhodobé zásoby rubaniny jsou KO vhodné pro lomy s menší kapacitou. Hodí se i pro lomy, kde s kusovitostí nejsou problémy. V horninovém masivu jsou dobré podmínky pro ražení štol. Příprava KO není náročná.
SPSKS Obr.57 Projekt komorového odstřelu KO byly projektovány pro nízké stěny uspořádáním komor do jedné řady do polohy „T“. Postupně se dospělo ke dvouřadovému i víceřadovému provedení. Poloha komor byla ražená na úrovni nebo mírně stoupala z plošiny etáže. Výjimkou byly patrově řešené soustavy komor. Základní parametry pro výpočet náloží jednotlivých komor včetně doporučených hodnot byly uvedeny v předchozích kapitolách.
77
Clonové odstřely Základní parametry pro výpočet náloží jednotlivých vrtů četně doporučených hodnot koeficientů byly uvedeny v předchozích kapitolách. Ukázka řešení návrhu CO podle zadaných parametrů je v příloze č. 5. V praxi je snaha používat vzorce co nejjednodušší. Existují nomogramy, které přehledně stanoví potřebné navazující hodnoty, např. podle zvoleného průměru vrtací korunky (příloha č.3). Roztěžené lomy o několika etážích často používají typizovaný projekt CO. Takový projekt TPVR potřebuje odzkoušet za standardních podmínek. TVO musí hlídat všechny změny a odlišnosti od původního zadání a upravit typový projekt.
SPSKS
Obr.58 Zapojení rozbušky Surface
Novinkou v trhací technologii je prosazování nových trhavin i nových pomůcek roznětu. Ukázka výřezu z projektu TPVR je na obr. 24 a 25. Typový odstřel CO má připraveny tři řady vrtů – celkem 60 vrtů. V každém vrtu bude samostatný časový stupeň. Zpoždění mezi jednotlivými vrty v řadě je stanoveno na 17 ms, zpoždění mezi řadami je 42 ms. 1. řada
vrt 1 až 21
à 17 ms
časy 17 – 357 ms
2. řada
vrt 22 až 42
à 17 ms
časy 59 – 382 ms
3. řada
vrt 43 až 60
à 17 ms
časy 101 – 407 ms
78
Obr.59 Plošné zobrazení zapojení rozbušek Shockstar Surface u CO V příloze č. 4 je přehled neelektrických rozbušek. Úklon vrtů připouštíme v rozmezí od 60°až po svislici. Při ukloněných vrtech je menší porušení horniny v hlavě. Navíc se zlepší bezpečnost práce a zůstane příznivá fragmentace v oblasti ucpávky. U více ukloněných stěn je prokázán menší seizmický efekt oproti svislým stěnám. Snížení úklonu o 1° může ovlivnit ekonomiku trhací práce o 1 %. Bylo prokázáno, že se při úklonech 60° až 70° můžeme zvětšit rozteč a vzdálenost řad o 5 až 7,5 %. Tím dosáhneme zvětšení objemu rozpojené horniny o 10 až 15 %. Otázkou zůstávají paty po první řadě odstřelu. Rozpojení ve spodní části vrtu probíhá normálou k úklonu vrtu. Při úklonu stěny dosáhneme projektované úrovně paty už po druhé řadě.
SPSKS
Nadměrný odhoz a rozlet hornin následkem výbuchu negativně dopadá na TPVR. Příčiny jsou dány celkovým předimenzováním náloží, rozletem při výronu plynů z masivu a rozletem přes ucpávku. Rozlet horniny umožní nedostatečná délka ucpávky vrtu. Rozlet horniny přes únik plynů vzniká hlavně v první řadě náloží. Navíc je to podmíněno větším průměrem vrtů. Vzdálenost odhozu je obecně podmíněna velikostí měrné nálože. Na odhození rubaniny má podíl výška etáže, vrtací schéma a intervaly časování. Zvýšený odhoz je prokazatelně podmíněn předávkováním měrné nálože [Lit.1.] Přebytek nálože [kg.m³]
o
0,1
0,2
0,3 následně způsobí
Vzdálenost odhozu [m]
o
6
12
18 m
Stanovení bezpečnostního okruhu [BO] je na každém provozu řešeno individuálně. Musí zajistit ochranu majetku v provozu. Dále se zvažuje možnost poškození majetku, osob a ohrožení provozu mimo dobývací prostor. Snažíme se vytyčit [BO] co největší, abychom omezit budoucí poškození majetku i osob. Pokud se bezpečnostní okruh [BO] bude dotýkat majitelů pozemků v sousedství lomu, jsou tito zahrnuti mezi účastníky řízení o TPVR.
Plošné odstřely Zásadně mají plošné odstřely uspořádané nálože minimálně do 4 a více řad. Podle potřeby mohou být několik desítek řad. Hloubka vrtů ve vztahu k rozteči dosáhne hodnot mezi 2 až 3. Z toho důvodu nálož soustředíme hlavně do spodní části vrtu. Průměry korunek volíme od 65 do 105 mm, ale jsou známy realizace odstřelů s vrty o průměru 165 až 230 mm. Osvědčily se také vrty termickými soupravami.
79
Zůstávalo po nich rozšířené dno vývrtu pro větší koncentraci trhaviny ve spodní části vrtu. Orientace vrtů byla a zůstává vertikální. Dnes se jeví možnost volit mírné úklony vrtů. Rozhoduje účel plošného odstřelu. Roznět plošných odstřelů je navrhován po řadách. Začíná se od středu a postupuje se do obou stran dalším stupněm časování. Jiný způsob řešení roznětu rozdělí časování plošného odstřelu do tvaru šípu se zpožďujícím účinkem do stran.
SPSKS Obr. 60 Časování plošného odstřelu
Speciální odstřely Trhací práce používáme v mnoha dalších odvětvích hospodářství. Pro těžební činnost jsou důležité vědecké poznatky o Zemi a mnoho praktických aplikací výzkumu. Jedním ze zdrojů informací jsou geofyzikální práce. Při průzkumu horninových těles v zemském plášti používáme trhací práce pro geoseismický průzkum. Pro jeho aplikaci jsou připraveny vrty o průměrech 70 až 150 mm. Hloubka vrtů je různá, od několika metrů až po 600 metrů. Pro tyto vrty potřebujeme výbušniny s minimálním reakčním časem. Navíc je nutné koncentrovat trhaviny do malého prostoru. Tomu velmi dobře vyhovují vrty, které po vyvrtání „sklípkujeme“. Sklípek vytvoříme na dně vrtu, do kterého spustíme trhavinu a bez utěsnění provedeme odpal nálože. Výbuch nálože rozšíří prostor na dně vrtu. Při sklípkování můžeme sledovat efekt vyfouklých plynů a prachové částice z vrtu. Po vytvoření sklípku připravíme nálož a provedeme
80
odstřel. Při odstřelu jsou proměřeny časové hodnoty detonace s vibracemi seismografy. Odražené vlny se na povrchu zachycují pomocí čidel – geofonů, jsou zesíleny a zaznamenány sesismografem. Při těžbě ropy vrtáme do značných hloubek. Při dosažení těžebního ropného horizontu provádíme otvírku. Roponosný horizont převrtaný těžebním vrtem může být zapažen ocelovými pažnicemi (troubami) nebo se ponechá volný. Pro zajištění přítoku ropy se provádí perforační nebo torpedační práce. Perforaci provedeme prostřelením otvorů v ocelové pažnici i v cementaci tak, aby mohla proplyněná ropa stoupat vzhůru vrtem. Pokud není dosaženo vystřelením perforačních kanálů dostatečné vydatnosti kolektoru, provedou se další úpravy. Tak je označována tzv. torpedace vrtu. Výbuchem nálože trhaviny v místě ropného horizontu jsou vytvořeny sítě trhlin. Používá se trhavin s velkou vodovzdorností, odolné proti velikým teplotám a tlakům. Při explozi se používá malého množství trhavin, aby nedošlo k poškození ocelových pažnic. V náložkách se používalo brizantních trhavin typu Semtex I. Dříve trhavinu neslo duté válcovité těleso, tzv. perforátor. V něm byly prostory k připojení kumulativních těles a k trhavině připojeny el.rozbušky a bleskovice. Celá sestava se spouštěla na laně do vrtů. Hloubení studní podléhá stejným pokynům jako při ražení úklonných děl, komínů a hloubení jam. Blízkost objektu vyžaduje větší ohled na účinek trhacích prací. Pro studny malého průměru = 1 vrt uprostřed + 4 – 6 vrtů okolo. Vrty se zakládají 0,3 až 0,5 m od okraje. Vrty ukláníme vně, mimo její profil.
SPSKS
Pro větší studně postupovat jako u klínového nebo kuželového zálomů. Mezi obrysové a zálomové vrty se umístí přibírkové (rozšiřovací) vrty. Používáme trhaviny vodovzdorné. Odpalování provádíme zásadně z povrchu. Před vstupem do studně musíme předem prověřit nezávadnost ovzduší pomocí indikátorů. Pokud nejsou dostupné prostředky k ověření nezávadnosti, nelze vstupovat do jámy. I malé koncentrace nitrózních plynů a CO způsobí smrtelné otravy. Trhání ledu je riskantní práce. Trhaviny je možné pokládat na led i pod led. Rozstřeluje se na místě odtoku. Odstřelem se led uvolní po proudnici. Pomalý průběh detonace vytváří příznivější tříštění ker. Použití trhaviny s velmi malou detonační rychlostí je vhodnější než brizantní trhaviny. Volíme vodovzdorné trhaviny nebo zajistíme jejich pečlivé zabalení. Používá se dvou náloží, menší pomocná nálož je nad ledem a větší cca 1 m pod ní. Roznět trhavin provedeme el.rozbuškou a bleskovicí. Tváření kovů výbuchem – tzv. explozivní tváření. Pro tyto práce jsou používány střeliviny i trhaviny. Tváření vyžaduje pevné formy a nevyžaduje strojní zařízení. Je hospodárné při malém počtu výlisků, ale nenahrazuje lisování. Tvářely se těžko tvářitelné a vysoce pevné materiály, tvrdé manganové oceli, a různé slitiny. Mezi trhavinu a tvářený materiál je dána mezivrstva. Trhavina nepůsobí přímo, ale využívá vzniku rázové vlny. Tváření probíhá ve vodní nádrži. Používá se také vodního polštáře nad tvářeným materiálem. V nádrži je uložena forma, na ni je položen tvářený materiál. Nad ním je ve vodě připravena trhavina s rozbuškou. Při výbuchu se šíří napěťové vlny vodou, které způsobí přetváření materiálu.
81
Účinky odstřelů na životní prostředí Škodlivé účinky trhacích prací lze souhrnně vyjádřit takto: •
nadměrný rozlet rozpojené horniny
•
škodlivý účinek vzdušné tlakové vlny
•
seismické účinky výbuchu
•
Nadměrný rozlet může mít tyto příčiny:
•
nedostatečná ucpávka
•
nepřiměřená velikost nálože
•
vliv nepravidelností v horninovém masivu
Škodlivý účinek vzdušné tlakové vlny se projeví nejprve jako rázová vlna. Posunem od místa výbuchu se mění na vlnu akustickou. Způsobí škody na objektech i lidech. Příznivě ovlivní tlakovou vlnu terénní překážky. Dále spolupůsobí také atmosférické podmínky (teplota, rychlost větru a směr). Lidskému organismu škodí i malé hodnoty přetlaku, 2 až 5 kPa. Seismické účinky výbuchu ovlivní velikost nálože, náložová hustota a brizance trhaviny. Další podmínky závisí podle tektoniky horninového masivu. Otřesná vlna prochází přes trhliny v hornině následkem odrazů a snadno se šíří podél trhlin a poruch. Seismická vlna se šíří a může škodit okolním stavbám. Měřením se zjišťují hodnoty amplitudy seismické otřesné vlny [µm]. Proti těmto negativním účinkům TP jsou možné úpravy volby roznětu i velikosti náloží.
SPSKS
Výpočet amplitudy seismické vlny (podle Morrise): A=k*√Q/L
[µm]
A – amplituda vlny [µm]
Q – celková hmotnost nálože [kg] L – nejkratší vzdálenost centra výbuchu od objektu, místa měření K – koeficient podle charakteru horniny, kterou se šíří seismická vlna Podobných vzorců pro výpočty amplitudy i rychlosti kmitání konstrukcí je dostatek a je možno je nalézt v příslušné literatuře. Bezpečný odhad vzdálenosti od centra odstřelu řeší vztah: L = k * Q2/3
[m]
L - minimální vzdálenost od centra výbuchu [m] Q – hmotnost náloží [kg] k - součinitel škod, nemají-li vzniknout k = 10 chatrné budovy k=7
první známky škod
k=4
lehké školy
k=2
vážné školy
82
Plán otvírky a přípravy dobývání Vyhláška ČBÚ č. 104/1988 Sb., o hospodárném využívání výhradních ložisek, o povolování a ohlašování hornické činnosti a ohlašování činnosti prováděné hornickým způsobem s odvoláním na zákon č. 44/1988 Sb., a zákon č. 61/1988 Sb., rozvádí povinnosti, které musí zajistit těžební organizace před schválením uvedeného plánu, citovaného zkratkou POPD. Cílem plánu je zajistit hospodárné využívání výhradních ložisek Problematika výrubnosti a ztrát je vztažena k dostupné dobývací technologii a musí vzít ohled na ztráty. Výtěžnost srovnává těžené množství suroviny s praktickým výsledkem po jejím zpracování. Během těžby organizace pravidelně eviduje vytěžené množství suroviny. Žádost o povolení hornické činnosti obsahuje: 1) název a identifikační číslo (IČO) organizace 2) sídlo organizace 3) druh hornické činnosti, pro kterou žádá povolení 4) název a identifikační číslo katastrálního území 5) plánované zahájení a ukončení hornické činnosti 6) údaje o zpracovateli plánu Mimo tyto základní údaje je nutné zmínit i další možné problémy a střety při plánování těžby v chráněných územích (CHO), pro které je potřeba získat samostatné vyjádření příslušných organizací.
SPSKS
Zpracovatel (organizace) přikládá k žádosti pro otvírku přípravu a dobývání výhradního ložiska podle přílohy č. 3 tyto náležitosti: 1) doklady o vyřešení střetu zájmů s dotčenými účastníky 2) seznam výjimek, které byly pro plánovanou hornickou činnost organizaci povoleny 3) zhodnocení vlivu hornické činnosti na povrch 4) závěrečnou zprávu o výsledcích ložiskového průzkumu 5) vyčíslení předpokládaných nákladů na vypořádání očekávaných důlních škod a návrh na vytvoření potřebných finančních rezerv Textová část POPD je zpracována v rozsahu pěti kapitol: 1. Geologie a hospodaření zásobami výhradního ložiska. 1.1. Stručná geologická, stratigrafická, petrografická a hydrogeologická charakteristika ložiska. 1.2. Stavy zásob výhradního ložiska. 1.3. Plánované změny zásob. 1.4. Rozčlenění zásob podle připravenosti k dobývání. 1.5. Předpokládané množství a kvalita zásob vázaných v ochranných pilířích. 1.6. Podmínky využitelnosti zásob, výpočet a množství vytěžitelných zásob. 2. Otvírka, příprava a dobývání.
83
2.1. Způsoby otvírky, přípravy a dobývání, jejich členění, časová a věcná návaznost. 2.2. Dobývací metody. 2.3. Generální svahy skrývky, lomu a parametry skrývkových a těžebních řezů, umístění a provozování výsypek a odvalů, plánované kapacity. 2.4. Opatření při vedení prací na hranici dobývacího prostoru. 2.5. Způsob rozpojování hornin. 2.6. Mechanizace a elektrizace, důlní doprava, rozvod vody a zajištění provozu materiálem. 3. Bezpečnost a ochrana zdraví při práci a bezpečnost provozu a ochrana objektů a zájmů chráněných podle zvláštních předpisů. 3.1. Základní opatření proti nebezpečí výbuchů, samovznícení, průvalů bahna a vod, průtrží hornin, uhlí, plynů, důlních otřesů, ionizujícího záření, sesuvů v lomech, na odvalech a výsypkách (citace z úvodu textu části kapitoly). 4. Úprava a zušlechťování: • Způsob dopravy k úpravě a zušlechťování, • Které složky vydobytých nerostů budou při úpravě a zušlechťování využity, • Technologie úpravy a zušlechťování, • výtěžnost. (Pozn.: výčet není úplný). 5. Posouzení v plánu navržených důlních děl se zřetelem jejich případného využití pro jiné účely.
SPSKS
6. Plán sanace i rekultivace území dotčeného těžbou: • technický plán a harmonogram prací,
• vyčíslení předpokládaných nákladů na vypořádání důlních škod a na sanaci a rekultivaci pozemků dotčených vlivem dobývání. Grafická příloha POPD doplňuje texty: 1. Mapa povrchové situace s potřebnými řezy ve vhodném měřítku. 2. Mapa bloků zásob s vyznačení hlavních tektonických poruch. 3. Plán rozvodu energií, odvodňovací a degazační zařízení. 4. Charakteristické geologické řezy a řezy určených pracovních horizontů (řezů a etáží). Dokumentace POPD řeší s dostatečným předstihem směry postupu těžby. Před postupující těžbou musí s předstihem řešit dostatečný předstih skrývkových prací. Zjednodušená modelová situace výpočtu postupu těžby a skrývky řeší cvičení v příloze č.1 a v příslušné kapitole.
84
Příloha č. 2
Přehled nových trhavin název
o d bj.hm. et.rychl 2/bilan ost ce g /cm3
Nobelit 100 Nobelit 216 Nobelit 310 Ammongelit 2 Ammongelit 3
balení
m
D/m
/s
druh
D/mm
trhav iny
m
1 ,23
5 700
9,4
1 ,15-1,23
5 400
1,3
1 ,16
4 500
3,6
1 ,5
O d 2300
1 ,5
O d 2200
1 ,2
5 500
1 ,35
5 000
1 ,35
5 000
1 ,37
5 000
2,4
0 ,8
2 500
3
0 ,8
2 700
0,3
0 ,75
2 500
1,8
1 ,05
4 500
2,4
65
85
P
72
80
P
25
30
P
22- 50-90 1,2 38
SPSKS
Lambrex 1 Danubit 1 Danubit 2 Danubit 3 DAP 1
DAP 2 DAP 3 Polonit V
38
50-120
3,4
65
80
65
90
P
65
90
P
65
90
P
65
90
2,3 3 1,5
Psypká
pytel
20-30 kg
Psypká
pytel 65
20-30 kg
SCO,KO
90
Psypká
85
Slavit V DanubitGeofex 2 Carbodanu bit Harmonit AD Amonal V Poladyn 31 ECO
1 ,2
2 500
1 ,45
6 000
1 ,4
2 400
2,2
1 ,2
1 900
3,5
1 4 ,1 000/75
28, 75
90
0,1
1 6 ,3 000/65
28, 40, 50,
65, 80
P
5,5
40
65, 75
P.em
Emulgit LWC 20 AN
1
Emsit 20
1 ,05-1,15
Emsit V
4 300/65 6 000
30
PP-
2,4
plyn 28
65
Pspeciál
28
30
Pprach
30
PPplyn Dsypká
0,42
ulse Přímo z vozu lse
0,5
SPSKS
Emsit M Permon DAP M Permonex V 19 Perunit E
1 ,15
5 300
1 ,05
4 400
0 ,65
3 000
1 ,05
4 400 až 4600
1 ,3
2 400
50
0,5
P P-
emulse
0,5
30, 38, 50
0,3
Pytel 25 kg
Obří vak D500 kg sypká
1,6
28,3 6, 40, 50
60, 65, 75, D90, pytle 25 kg sypká
2,2
28, 38, 50, 65,
1,5
22, 25,
1 ,45 000
6
Semtex I A
1 ,44 200
7
Růz 66 né válečky
Semtex I O
1 ,43 400
7
250 g
Infernit 45
65-75-90
Emu
61,7
86
65, 75, 90
Demulzní
70, 80, 90, 120 plast
D-
28, 38, 50
Pplast
1,0 a 2,5 kg cihla plast až 3000 g
PP-plast
Vesuvit TN
1 ,7
krabice
0 3 ,95 150/30
WANOč.t.p.
Psypký
krabi
2,5 kg
0,95 ce
Psypký
Příloha č. 3:
Rozbušky s nízkou odolností vůči el.proudu - bezp.proud 0,18 A, zážeh.impuls 3 mJ/Ohm
mžikové
milisekund ové
Stupeň zpoždění
.0.
1 - 30
1 - 12
1 - 12
Interval zpoždění
do 4 ms
25 - 50 ms
250 ms
500 ms
Druh
Materiál dutinky Materiál přív.vodičů
čtvrtsekun dové
SPSKS
Barva izolace
půlsekun dové
Al
Al
Al
Al
Fe nebo Cu
Fe nebo Cu
Fe nebo Cu
Fe nebo Cu
bílá/červe ná
bílá/červen á
bílá/zelen á
bílá/modr á
Rozbušky se střední odolností vůči el.proudu - bezp.proud 0,45 A, zážeh.impuls 18 mJ/Ohm
mžikové
milisekund ové
Stupeň zpoždění
.0.
1 - 30
1 - 12
1 - 12
Interval zpoždění
do 4 ms
25 - 50 ms
250 ms
500 ms
Al
Al
Al
Al
Fe nebo Cu
Fe nebo Cu
Fe nebo Cu
Fe nebo Cu
žlutá/červ ená
červená/čer vená
žlutá/zele ná
žlutá/mo drá
Druh
čtvrtsekun dové
půlsekun dové
Materiál dutinky Materiál přív.vodičů
Barva izolace
87
Rozbušky s vysokou odolností vůči el.proudu - bezp.proud 4 A, zážeh.impuls 3 J/Ohm
mžikové
milisekund ové
Stupeň zpoždění
.0.
1 - 30
1 - 12
1 - 12
Interval zpoždění
do 4 ms
25 - 50 ms
250 ms
500 ms
dutinky
Al
Al
Al
Al
Materiál přív.vodičů
Cu
Cu
Cu
Cu
hnědá/červ ená
hnědá/zel ená
Druh
čtvrtsekun dové
půlsekun dové
Materiál
Barva izolace
hnědá/čer vená
hnědá/m odrá
Tab. Přehled nabízených elektrických rozbušek různých stupňů odolnosti
SPSKS
88
Příloha č.4 Nomogram pro určení parametrů CO
SPSKS
89
Příloha č. 5
Neelektrické rozbušky název výrobku Shockstar Surface Connector
čas zpoždění/barva konektoru 0 zelená
ms
9
ms
/
25 červená
ms
/
/
hnědá
33 ms / šedá 17
67 ms / modrá
ms
/
109 ms / černá
200 42 ms / bílá oranžová
žlutá
ms
/
SPSKS
Shockstar Bunch Connector
Konektor opatřen rozbuškou Surface a bleskovicovým svazkovačem
Indetshok MS 25/50
milisekundová rozbuška do vrtů 30 časových stupňů zpoždění interval 25 ms pro stupně 1 - 20 interval 50 ms pro stupně 21 - 30 mžikový stupeň 0 ms
Indetshok TS
rozbuška do vrtů stupeň 0 - 25 ms interval /100 ms, stupně 1 - 10 interval /200 ms, stupně 12 - 20 interval /500 ms, stupně 25 - 90
Startovací vedení
Rozbuška Surface Connector 0 MS s délkou
90
detonační trubičky 100 m, 150 m, 200 m, 300 m navinuté na cívce.
Shockstar Dual Delay
Kombinace rozbušek Indetshock MS 25/50 a Shock Star Surface Connector
interval zpoždění 17 ms - 475 ms (500 ms) interval zpoždění 25 ms - 475 ms (500 ms) interval zpoždění 42 ms - 475 ms (500 ms)
SPSKS Příloha č. 6 Zadání úkolu: Stanovte počet clonových odstřelů (N) pro zajištění roční výroby drceného kameniva. Dále navrhněte velikost typového clonového odstřelu. Navrhněte počet a schéma vrtů, stanovte náplň vrtů trhavinou včetně adjustace trhaviny. Zadané parametry: • •
roční výroba – G - 340 000 t drceného kameniva (plánovanou roční výrobu zvedneme o 20% s ohledem na ztráty v materiálu, výsivky apod.) materiál: hornina objemové hmotnosti ρ(ró) = 3,0 t/m³ 91
• •
výška etáže - h = 16 m sklon stěny etáže α = 70° K řešení úkolu použijte tabulky ze 4. části textů Technologie těžby [podle literatury 3]. 1. Roční objem uvolněné suroviny ze skalního masivu k zajištění výroby V = (G+20%G)/ρ = (340 000 + 68 000)/3,0 = 136 000 m³. 2. Uvažovaný počet CO za rok, (doporučený objem CO do 25 000 m³), navrhujeme 10 odstřelů, tj. objem jednoho CO…
Vco = 13 600 m³.
3. Volíme průměr vrtací korunky d = 105 mm; (ve výpočtu dosadit v dm, d = 1,05 dm). Objem 1 bm vrtu při daném průměru vrtací korunky V = π * d2 / 4 * 10 = 8,65 dm³ 4. Volba trhaviny Použijeme trhavinu sypkou trhavinu (hustota 1,1 kg.dm-3) Km – hmotnost trhaviny v 1 bm vrtu (= 10 dm)
SPSKS
Km = V * ρ = π * d2 / 4 * ρ * 10 = 3,14 * 1,052 / 4 * 10 * 1,1 = = 9,52 kg.bm-1
upravíme na 9,5 kg.bm-1
5. Parametry vrtného schématu - stanovíme záběr (R) záběr volíme v rozmezí R = 35 ÷ 40 d, použijeme hodnotu 40 d R1 = 40 * d = 40 * 0,105 = 4,2 m záběr druhé (1-2) a třetí řady (2-3) zmenšíme teoreticky vyhoví při R (1-2) mezi 0,7 – 1,0 R nebo úpravou hodnoty R zmenšené o 5 – 20 %, např. 0,85 R = 3,57 m, úpravou na 3,6 m volíme R (1-2) a R (2-3) 3,6 m záběr celkem Rc = 4,2 + 2 * 3,6 = 11,4 m. 6. Parametry vrtného schématu - stanovíme rozteč (S), rozteč (doporučená S = 0,7 – 1,3 R, volíme si hodnotu 1,1 R), S = 1,1 * 4,2 = 4,62 m; upravíme na 4,65 m. 7. Délka vrtu (Lc) výpočtem z výšky etáže včetně převrtání z,
92
doporučení pro z = 0,1 – 0,25 R, volíme hodnotu 0,20 R = 0,72 m Lc = h/sin 70° + z = 16/0,9396 + 0,20R = 17,02 + 0,72 = 17,74 upraveno na 17,75 m. 8. Objem rozpojovaného bloku suroviny na jednom CO z daných parametrů, známe h, Rc a Vco, Vco = h * Rc * Lc 13 600 = 16 * 11,4 * Lco Lco = 13600/(16 * 11,4) = 74,56 m. Vrtné schéma navrhneme ve třech řadách I, II, III. 9. Počet vrtů v řadách a celková délka vrtů první řada
PI
= 17 vrtů * 4,65 = 79,05 m
druhá řada
PII
= 16 vrtů * 4,65 = 74,4 m
třetí řada
PIII
= 15 vrtů * 4,65 = 69,75 m
celkem vrtů
P
= 48 vrtů
celková délka vrtů = 48 * 17,75 = 852 m.
SPSKS
10. Spotřeba trhaviny na celý CO (existují různé vzorce renomovaných autorů, zde jsou jen dvě verze výpočtu) a) jednoduchý výpočet zahrne plánovaný objem rozpojovaného masivu (V) a z tab. dosadí podle rozpojitelnosti horniny měrnou spotřebu (viz text k CO) volíme pro středně rozpojitelnou horninu měrnou spotřebu ……. qe = 0,44 kg.m-³ N = qe * V [kg]
N = 0,44*13 600 = 5 984 kg
upravíme na 6 000 kg b) jiné přesnější řešení stanoví celkovou nálož pomocí koeficientů, kterými zhodnotí stav masivu a využívá zkušeností technika z předchozích TP, z tab. volíme směrnou spotřebu qo a dosadíme opravný součinitel χ (zde volně dosazeny koeficienty) χ = a*b*c
např. χ = 1,0 * 0,95 * 1,05 = 0,997
výpočtem upravíme měrnou spotřebu... (volně upraveno pro př.) qe = qo * χ = 0,44 * 0,997 = 0,438 kg.m-³ upravíme na 0,439 kg.m-³ N = qe * V [kg]
N = 0,439 * 13 600 = 5 970,40 kg
upravíme na 6 000 kg 11. Spotřeba trhaviny na jeden vrt 93
N – celková spotřeba trhavin na CO, n – celkový počet vrtů CO, Nv = N/n = 6000/48 = 125 kg 12. Délka ucpávky – doporučení Lu = 1,1 ~ 1,3 R¨, volíme 1,1 R, Lu = 1,1 * 4,2 = 4,62 m
upravíme na 4,6 m
13. Nabití vrtu vrt délky Lc = 17,75 m délka nabití vrtu trhavinou Ln = Lc – Lu = 17,75 – 4,6 = 13,15 m hmotnost trhaviny ve vrtu Kvrt = Km * Ln = 9,5 * 13,15 = 124,925 kg Kontrola nabití vrtu Nv : Kvrt =125 : 124,92; nabití vyhovuje. Výpočet CO lze připravit s důrazem na záběr stanovený z odporové přímky, v literatuře značený W max, kterým označíme záběr. Při aplikaci postupu na předchozí výpočet zachováme předchozí body výpočtu 1. – 4. Další řešení je pod body 5.1 až 13.1
SPSKS
5.1 Odporovou přímkou stanovíme záběr
Wmax = √ Km/( qe * χ) = √ 9,5 / 0,438 = 4,657 m, po úpravě 4,7 m Pro 1. řadu vrtů podle řešení b) P1 = Wmax / sin 70° = 4,7 / 0,9396 = 5,0016 m volím 5 m záběr druhé (1-2) a třetí řady (2-3) zmenšíme teoreticky vyhoví při P2 (1-2) mezi 0,7 – 1,0 W nebo úpravou hodnoty W zmenšené o 5 – 20 %, např. 0,85 W = 4,25 m, úpravou na 4,2 m volíme P2 a P3 po 4,2 m záběr celkem Wc = 5,0 + 2 * 4,2 = 13,4 m 6.1 Parametry vrtného schématu - stanovíme rozteč (S), rozteč (doporučená S = 0,7 – 1,3 W, volíme si hodnotu 0,8 W), S = 0,8 * 5,0 = 4,0 m 7.1 Délka vrtu (Lc) výpočtem z výšky etáže včetně převrtání z, doporučení pro z = 0,1 – 0,25 R, volíme hodnotu 0,20 R = 0,72 m
94
Lc = h/sin 70° + z = 16/0,9396 + 0,20W = 17,02 + 0,72 = 17,74 upraveno na 17,75 m 8.1 Objem rozpojovaného bloku suroviny na jednom CO z daných parametrů, známe h, Rc a Vco, Vco = h * Rc * Lc 13 600 = 16 * 11,4 * Lco Lco = 13600/(16 * 13,4) = 63,43 m. Vrtné schéma navrhneme ve třech řadách I, II, III. 9.1 Počet vrtů v řadách a celková délka vrtů první řada
PI
= 17 vrtů * 4,0 = 68 m
druhá řada
PII
= 16 vrtů * 4,0 = 64 m
třetí řada
PIII
= 15 vrtů * 4,0 = 60 m
celkem vrtů
P
= 48 vrtů
celková délka vrtů = 48 * 17,75 = 852 m.
SPSKS
10.1 Spotřeba trhaviny na celý CO
a) volíme pro středně rozpojitelnou horninu měrnou spotřebu ……. qe = 0,44 kg.m-³ N = qe * V [kg]
N = 0,44*13 600 = 5 984 kg
upravíme na 6 000 kg b) jiné přesnější řešení stanoví celkovou nálož pomocí koeficientů, kterými zhodnotí stav masivu a využívá zkušeností technika z předchozích TP, z tab. volíme směrnou spotřebu qo a dosadíme opravný součinitel χ (zde volně dosazeny koeficienty) χ = a*b*c
např. χ = 1,0 * 0,95 * 1,05 = 0,997
výpočtem upravíme měrnou spotřebu... (volně upraveno pro př.) qe = qo * χ = 0,44 * 0,997 = 0,438 kg.m-³ upravíme na 0,439 kg.m-³ N = qe * V [kg]
N = 0,439 * 13 600 = 5 970,40 kg
upravíme na 6 000 kg 11.1 Spotřeba trhaviny na jeden vrt N – celková spotřeba trhavin na CO, n – celkový počet vrtů CO, Nv = N/n = 6000/48 = 125 kg
95
12.1 Délka ucpávky – doporučení Lu = 1,1 ~ 1,3 W, volíme 1,1 W; Lu = 1,1 * 5,0 = 5,50 m 13.1 Nabití vrtu vrt délky Lc = 17,75 m délka nabití vrtu trhavinou Ln = Lc – Lu = 17,75 – 5,5 = 12,25 m hmotnost trhaviny ve vrtu Kvrt = Km * Ln = 9,5 * 12,25 = 116,375 kg Kontrola nabití vrtu Nv : Kvrt =125 : 116,37; nabití vyhovuje.
Výpočet parametrů roznětné sítě Zadání parametrů kompletní sítě elektrický roznět: 1
Hlavní vedení délka vedení (250 m)
SPSKS
odpor drátu hlavního vedení, Cu 0,092 Ω/m. 2
Odpor elektrických rozbušek
elektrický odpor pilule můstku … Rm = 0,4 – 0,7 Ω,
volíme standartní el. rozbušku DeM-S.. el.odpor = 0,7 Ω/ks, odpor el.rozbušky i s přívodními vodiči mezi 0,8 do 1,1 Ω, volíme 1,1 Ω/ks. Sériové zapojení pro roznětné vedení a rozbušky sestavíme výpočtem Rc = Rs + Rv + Rhv Rc
celkový el.odpor
Rs
odpor sítě rozbušek v CO
Rv
prodlužovací vodiče do délky 10 m (1 Ω/m).
Rhv
odpor hlavního vedení
Řešení výpočtu: Odpor jedné el.rozbušky 1,1 Ω. Součet odporů všech rozbušek při sériovém zapojení Rs = N * R1 = 48 * 1,1 = 52,8 Ω. Rv = 10 * 1 = 10
96
Rhv = (2 x 250) x 0,092 = 46 Ω.. Součet všech odporů včetně hlavního roznětného vedení Rc = Rs + Rv + Rhv = 52,8 + 10 + 46 = 108,8 Ω. Volba roznětnice Vhodná je kondenzátorová roznětnice RKC 1 s napětím 1000V a výkonem Er = 12 J a kapacitou kondenzátoru C = 0,000024 F = 24 µF Posouzení intenzity roznětného proudu Zážehový impuls rozbušky Ea = 18 mJ/ Ω Výkon roznětnice RKC 1
Ee = 12 J
Celkový zážehový impuls
Ec = Ea x Rc
Ec = 18 mJ x 108,8 Ω = 1958,4 mJ = 1,958 J Er > Ec 12 / 1,958 = 6,127 krát rezerva. Při využijeme pouze 16,3 % kapacity roznětnice.
odpálení
Pro sériové zapojení ještě posoudíme možnost průtoku minimálního aktivačního impulsu. Je předepsán výrobcem rozbušek. Výpočet časové konstanty vybíjení kondenzátoru τ (tau) roznětnice
SPSKS
τ = Rc x C = 97,8 x 0,000024 = 0,0023472 ≤ 0,004 sec, hodnota aktivačního impulsu je nižší, roznětnice vyhovuje
Poznámka na vysvětlenou: V textu je použito značení pro záběr – R, které vychází z učebnice pro SOŠ (viz soupis literatury [11]. V užívaných učebnicích a příručkách pro střelmistry je značení maximální odporové přímky = Wmax, a záběr = W. V literatuře [1] je značen záběr pouze Vmax a V. Zde je v textu ponecháno původní značení předchozí celostátně platné učebnice. Část příkladu č. 6 řeší obě možnosti značení a řešení. S ohledem na komplikovanější případy než je rovný svah standartního CO, je správné řešit záběr přes maximální odporovou přímku W.
Příloha č.6 - Typické objemové hmotnosti rozpojených materiálů v kg/m3 Bauxit, kaolín
1420
Kámen drcený
Břidlice
1200
Písek
Čedič
1960
Mokrý
1840
Drcený
1600
Suchý, sypký
1420
Rozpojený
1810
Hlína
1600
Pískovec
1510
Sádrovec
Mokrá, narýpaná
1600
Vlhký
1690
Struska, rozdružená
Suchá, zhutněná
1510
Písek a jíl, sypký
1600
Štěrk
97
1750
Jíl
Písek a štěrk
Mokrý, 6-50 mm
2020
Mokrý
1660
Suchý
1270
Pitrun
1930
Přírodní ložisko
1660
Mokrý
2020
Suchý, 6-50 mm
1690
Suchý
1480
Suchý
1510
Rozrušená skála 75% kámen, 25% hlína
Jíl a štěrk Mokrý
1540
Suchý
1420
1960
50% kámen, 50% hlína 25% kámen, 75% hlína
Vápenec
1270
Drcený Rozpojený
1570
Žula, rozpojená
SPSKS
98
1540
1660
Zkratky (Zkratky užívané ve sbornících a ročenkách pro současnou technickou literaturu z oblasti dobývání a úpravy surovin) a.s.
akciová společnost
Bbl
barel (ropy), 158,99 dm3 (litrů); 1 tuna ropy je přibližně 7 Bbl
ČBÚ
Český báňský úřad
ČNR
Česká národní rada
ČSÚ
Český statistický úřad
EIA
Environmental Impact Assessment, studie působení posuzované aktivity (stavební, průmyslové) na životní prostředí
EU
Evropská unie
EUR
Euro, měnová jednotka Eurozóny Evropské unie
CHKO
Chráněná krajinná oblast
CHLÚ
Chráněné ložiskové území
IPE
International Petroleum Exchange, Mezinárodní ropná burza (Londýn)
k.s.
komanditní společnost
kt mesh MF
SPSKS kilotuna, 1 000 t
počet ok na délku anglického palce (průměr drátu je započítán)
Ministerstvo financí
MH ČR
Ministerstvo hospodářství České republiky
MJ
megajoule, 106 J
mil.
milion
mld.
miliarda
MPO
Ministerstvo průmyslu a obchodu
MŽP
Ministerstvo životního prostředí
ppm
parts per milion, 0,0001 % (g/t)
s.p.
státní podnik
s.r.o.
společnost s ručením omezeným
ZCHÚ
zvláště chráněné území
99
Odborná literatura [1]Dojčár O., Horký J., Kořínek R., Trhacia technika, Ostrava, Montanex a.s., 1996. [2]Klimecký O. a kol.: Systémové projektování povrchového dobývání, Ostrava, VŠB, 1984. [3]Klimecký O. a kol.: Lomové dobývání ložisek I a II, Praha SNTL, 1988. [4]Lux J., Šeděnka K.: Přehled horních předpisů pro povrchové dobývání, Brno, Těžební unie, 2007. [5]Mečíř R.,Válek D.:Novodobá vrtací a trhací technika, Praha SNTL, 1969. [6]Montanex, s.r.o. Učební texty základních střelmistrovských kurzů pro výuku předmětu „Prostředky trhací techniky“,Ostrava, 1991. [7]Pokorný Vl. A kol.: Hornictví I, Praha SNTL, 1986. [8]Ročenka MŽP: Surovinové zdroje České republiky nerostné suroviny, Praha Geofond, 2007. [9]Sborník: Prostředky vrtací techniky, Praha UTEIN, 1963. [10] Slivka Vladimír a kol.: Těžba a úprava silikátových surovin, Praha, Silikátový svaz, 2002. [11] Smetánka J., Kalát J., Stočes J.: Lomové dobývání ložisek I, Praha SNTL, 1986. [12] Volf M.: Materiály pro těžbu a zpracování kamene, Praha SNTL, 1984. [13] Volf M.: Těžba a zpracování kamene, Praha SNTL, 1983. [14] Hájek V., Kroupa J.: Technologie a provoz lomů a štěrkoven, Praha SNTL, 1964 [15] Kohn Vlastimil: Těžba štěrkopísků z vody, Praha, Nakladatelství dopravy a spojů 1980 [16] Drlík R.: Písky a štěrky ve stavebnictví, Praha, Práce 1957
SPSKS
Prospektový materiál firem Atlas Copco Secoroc AB, Fagersta, Švédsko. Benetti macchie Carrara, Itálie, Böhler Kapfenberg, Rakousko, Diamant Boart s.a., Brusel, Belgie, Pellegrini meccanica s.p.a., Verona, Itálie, Ingersoll-Rand Phillipsburg, N.Jersey, Reiter a Crippa Vinercate, Itálie, Eichhoff, Hochům, SRN, Phoenix-Zeppelin CAT, Volvo BM AB Eskilstuna, Švédsko, Unex, a.s. Uničov, Liebherr, Broyt Soyland, a.s. Bryne, Norsko, Orenstein a Koupel a.s. Berlin, SRN,Alpina, Vídeň, Rakousko, Ridinger, Mannheim, SRN, Franta a.s. Břeclav, Hardox, Oxelösund, Švédsko, Krušnohorské strojírny a.s. Most-Komořany ČR, Daewoo, Soul, Korea.
100
SPSKS
101
SPSKS
