Upload
paul-summers
View
90
Download
6
Embed Size (px)
DESCRIPTION
RUDARSKI I GEOTEHNIČKI STROJEVI. SVOJSTVA STIJENA. Rudarsko-geološko-naftni fakultet. Uvod. izbor rudarskih strojeva ovisi u velikoj mjeri o radnoj sredini kod odabira rudarske mehanizacije, osim tehničkih značajki strojeva, potrebno poznavati fizičko-mehanička i tehnička svojstva stijene: - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
RUDARSKI I GEOTEHNIČKI STROJEVI
Rudarsko-geološko-naftni fakultet
SVOJSTVA STIJENA
Uvod
- izbor rudarskih strojeva ovisi u velikoj mjeri o radnoj sredini
- kod odabira rudarske mehanizacije, osim tehničkih značajki strojeva, potrebno poznavati fizikalno-mehanička i tehnička svojstva stijene:
1. struktura i tekstura (mineraloško-petrografska svojstava)2. gustoća (fizikalna svojstva)3. vodoupijanje, bubrenje, ljepljivost (hidrofizička svojstva)4. čvrstoća, tvrdoća, žilavost, krtost (mehanička svojstva) 5. rastresitost, držanje (stabilnost) rastresitog materijala, otpor
prema bušenju, abrazivnost, otpor prema rezanju (glodanju) i struganju (tehnička svojstva)
Struktura i tekstura stijene
Struktura stijene -definirana stupnjem kristaliniteta, oblikom, veličinom i međusobnom vezom mineralnih sastojaka ovisi o načinu postanka stijene
Tekstura stijene-prostorni raspored mineralnih sastojaka (način na koji su minerali zauzeli prostor u stijenskoj masi) posljedica je utjecaja vanjskih faktora za vrijeme i poslije nastanka stijene
Kamen - prirodnim ili umjetnim putem odvaljeni (odlomljeni) dio stijene
Stijena- sastavni dio litosfere, određenog načina geološkog pojavljivanja, strukture, teksture i
mineralnog sastava. - mineralni agregat, sastavljen od jedne vrste minerala (monomineralna) ili više njih
(polimineralna).
Stijene Struktura Tekstura
MAGMATSKE (ERUPTIVNE)
intruzivne (dubinske) efuzivne (površinske) žične (hipabisalne)
Zrnata
Porfirska
Ofitska struktura
Homogena (masivna)
Fluidalna
Vezikularna
Klasifikacija prema načinu postanka, struktura i tekstura stijena
Stijene Struktura Tekstura
SEDIMENTNE
mehanički sedimenti
kemijskisedimenti
organogenisedimenti
Klastična
Kristalasta
Homogena (masivna)
Trakasta i slojevita
Brečasta
psefitskapsamitska
siltitska
pelitska
krupnokristalasta
sitnokristalasta
afanitska
amorfna
oolitska i sferolitska
Organogena
Klasifikacija prema načinu postanka, struktura i tekstura stijena
Stijene Struktura Tekstura
METAMORFNE
Homogena (masivna)
Čvorasta (okasta)
ŠkriljavaBlastična
-homeoblastična
zrnata
listićava
štapičasta
- heteroblastična
Klastična
-porfiroklastična
-mortarska (brečasta)
-kataklastična
Tekstura gnajsa
Klasifikacija prema načinu postanka, struktura i tekstura stijena
Svojstva stijena
Prema načinu pojavljivanja stijenske mase, odnosno ležišta mineralne sirovine:masivne (kompaktne) stijene (nema pojave slojevitosti, škriljavosti i pukotina),slojevite (sa slojnim plohama različite debljine),raspucale (s pukotinama koje presjecaju stijensku masu u jednom ili više smjerova na različitim razmacima) plastične (poluvezane stijene, npr. glina)sipke stijene (nevezane, npr. pijesak i šljunak).
Gustoća - ovisi o mineralnom sastavu i stupnju zbijenosti. 1. Specifična gustoća (s) - masa jedinice volumena čvrstih čestica stijene tj. potpuno zbijenog materijala bez pora i šupljina, odnosno vode i zraka.
2. Volumna gustoća () - ukupna masa jedinice volumena stijene sa svim njenim porama i pukotinama (onakve kakva se nalazi u prirodi odn. ležištu).
Suha gustoća (gustoća suhe stijene, d = md/V) - masa jedinice volumena suhog uzorka, tj. uzorka sa svim porama i šupljinama ali bez vode.
s = ms/Vs
s = 2,6 do 4,7 g/cm3, ovisno o vrsti stijene
d = md/V
= m/V
Gustoća
3. Nasipna gustoća (r) - masa jedinice volumena iskopanog materijala, tj. stijene u rastresitom stanju.
r = /kr
kr – koeficijent rastresitost
Vr – volumen iskopanog materijala (materijala u rastresitom stanju)
V – volumen materijala u masivu – gustoća neporemećene stijenske maser – nasipna gustoća (t/m3)
Koeficijent rastresitosti
kr = Vr/V = /r
Vr > V (20 do 60%)
Specifična, volumna, nasipna gustoća i koeficijent rastresitosti materijala
Mineralna sirovina
Specifična gustoća
s
Volumna gustoća(gustoća
neporem.stijene)
Koeficijent rastresitosti
kr
Nasipna gustoćar = /kr
Nemetalne: granitdijabazvapnenacpješčenjaklaporMetalne:ruda Pb-Zn ruda Fe (hematit)Ugljeni:kamenimrki (vlažan)mrki (suh)lignit
2,65-2,752,85-3,152,70-2,902,60-2,762,56-2,86
4,23-4,73
2,53-2,632,80-3,002,65-2,851,65-2,191,63-2,63
4,01-4,622,6
1,31,2
1,61,71,71,5-1,91,25-2,0
1,43-1,651,5
1,51,6
1,61,71,61,151,3
2,81,75
0,870,870,750,65
Hidrofizička svojstva
-vodoupijanje, bubrenje i ljepljivost
Primjer
– eksploatacija u glinovitom materijalu (glina upijanjem vode može povećati svoj volumen i do preko 50%):
-zaglavljenje alata kod bušenja vodenom isplakom (mokro bušenje) zbog povećanja volumena gline,
-promjena mase i volumena glinovitih materijala tijekom manipulacije kod utovara, transporta i skladištenja
-pojava bubrenja (bujanja) materijala u podini, krovini ili bokovima podzemnih prostorija
Hidrofizička svojstva
Ljepljivost direktno smanjuje kapacitet rudarskih strojeva ili povećava utrošak energije, a često i jedno i drugo.
Primjer -hvatanje (ljepljenje) materijala na transportnim trakama, valjcima i bubnjevima transportera s beskonačnom trakom, -sljepljivanje lanaca i grabilica kod grabuljastih transportera-naljepljivanje materijala-otežano kretanje vozila i strojeva na gumenim kotačima,
Mehanička svojstva stijena
Osnovna mehanička svojstva su: tvrdoća, čvrstoća, žilavost, krtost
Tvrdoća
1) određivanje tzv. skleroskopske tvrdoće metodom odskoka po Shore-u
2) određivanje utisne tvrdoće ugljena po Sauberlich-uSchmidtov čekić
- otpor koji stijena pruža prodiranju nekog drugog tvrđeg tijela
- ovisi o mineralnom sastavu i djelomično strukturi stijene
- najveću tvrdoću imaju stijene sa viskom sadržajem SiO2
- kod rudarskih i geotehničkih radova tvrdoća stijene najviše dolazi do izražaja kod tzv. ripanja s buldozerom
Mineral Tvrdoća
talk 1
gips 2
kalcit 3
fluorit 4
apatit 5
ortoklas 6
kvarc 7
topaz 8
korund 9
dijamant 10
Mohs-ova skala
Mehanička svojstva stijena
Vrsta stijene
Čvrstoća(MPa)
tlačna vlačna
GranitDijabazAndezitPješčenjakMramorVapnenacDolomitSolUgljen
60-300110-32070-20030-20050-28020-22030-15020-100
5-70
6-3515-507-202-205-302-203-151-100,4-7
Čvrstoća stijene je otpor kojeg vanjske sile moraju savladati da bi došlo do sloma odnosno razaranja stijene (tj. to je naprezanje pri kojem dolazi do sloma stijene).
Mehanička svojstva stijena
Žilavost je otpor prema djelovanju dinamičkih sila (to je zapravo dinamička čvrstoća), koji u rudarstvu dolazi do izražaja u procesima gdje sila djeluje na stijenu u mahovima, diskontinuirano i pulzirajuće (npr. pri radu udarnih drobilica, hidrauličkog čekića, te u manjoj mjeri kod rotornih bagera, bagera vedričara i dinamičkih strugova za ugljen).
Krtost je suprotno svojstvo od žilavosti, tj. svojstvo materijala da ne pruža otpor dinamičkom naprezanju i da do njenog sloma dođe bez prethodne deformacije.
Mehanička svojstva stijena
Tehnička svojstva stijena
Rastresitost je osobina iskopanog ili odminiranog materijala da ima veći volumen nego kada je bio u cjelini.
Povećanje volumena ovisi o strukturi, mineralnom sastavu, tvrdoći, čvrstoći, žilavosti i najviše o stupnju usitnjenosti stijene odnosno postignutom granulometrijskom sastavu, a izražava se koeficijentom rastresitosti, koji se određuje iz odnosa:
kr = Vr/Vm
gdje je: Vr – volumen iskopanog materijala (materijala u rastresitom stanju)
V – volumen materijala u masivu
Kod dimenzioniranja utovarnih i transportnih sredstava, bunkera i odlagališta jalovine i sirovine
Tehnička svojstva stijena
ravna traka užljebljena traka
kamion vagon
bunker
bager
utovarač
buldozer
tgo= 3h
/o 0,7
o – statički kut unutrašnjeg trenja – dinamički kut unutrašnjeg trenja
Držanje (stabilnost) materijala je sposobnost sipkih (nevezanih) materijala, odnosno iskopanih ili odminiranih masa da se drže na ravnoj podlozi u obliku stošca bez pridržavanja sa strana.
Kut kojeg nasipani materijal tvori s ravnom (horizontalnom) podlogom naziva se prirodnim kutem sipanja materijala i zapravo predstavlja kut unutrašnjeg trenja materijala
Tehnička svojstva stijena
• pirodni kut sipanja o veći je kod neklasiranog (dobro graduiranog) materijala
• pirodni kut sipanja (o) klasiranog materijala: 35-45˚
Vrsta materijala Kut unutrašnjeg trenja (˚)
bazaltdijabazgabrogranit
dolomitvapnenacpješčenjak
gnajsmramorkvarcitpijesak šljunak
glinapjeskovita glina
rovni ugljen (mekši)antracitCu rudaFe ruda
48-5050-5510-3145-60
2235-5027-3531-3535-5026-6020-3535-4015-4530-5035-37
273737
Tablica 5. Kut unutrašnjeg trenja za različite materijale
Tehnička svojstva stijena
• Otpor prema bušenju
- otpor stijene prema razaranju prilikom bušenja,
- ovisi o fiz.-meh. svojstvima stijene, vrsti i obliku bušače krune, te režimu bušenja
a) Pasivni otpor prema bušenju (bušivost) – otpor stijene prodiranju bušaćeg alata, koji ovisi o čvrstoći, tvrdoći i žilavosti stijene, a izražava se brzinom bušenja (mm/min)
B = L/t , (cm/min) ili (mm/min) L – ukupna dužina izbušenih bušotina (cm)
t – čisto vrijeme bušenja (min).
b) Aktivni otpor prema bušenju – djelovanje stijene na bušaći alat (habanje - mehaničko trošenje alata); pokazatelj izgubljena masa alata u (mg)
Kritični pritisak
- minimalni pritisak koji je potreban da bi bušaći alat mogao prodrijeti u stijenu pri rotacijskom bušenju.
Tehnička svojstva stijena• Otpor prema rezanju (rezivost)
- ovisi o mehaničkim svojstvima stijene (čvrstoći, tvrdoći i žilavosti)
- izražava se utrošenom energijom na jedinicu dobivene rude
- utrošak energije ovisi o rezivosti stijene, te vrsti, geometriji i stanju istrošenosti reznog alata.
• Otpor prema struganju
Razlike između otpora prema rezanju i otpora prema struganju:
1) kod rezanja putanja alata je pravolinijska ili (krivulja) (ovisno o vrsti stroja i njegovog radnog organa), a kod struganja samo pravolinijska;
2) brzine noževa su kod rezanja veće (približno 1,5-2,5 m/s) nego kod struganja (cca. 0,3-0,5 m/min)
Klasifikacija stijena
1. klasična geološka (genetska) klasifikacija
– prema načinu postanka i mineraloškom sastavu stijena
2. inženjersko-geološke klasifikacije
– prema čvrstoći, bušivosti, abrazivnosti i sl.
– primjeri:
Klasifikacija stijena po čvrstoći prema M. M. Protođakonovu,
Klasifikacija stijena po bušivosti prema jedinstvenoj klasifikaciji (bivšeg) AN SSSR,
Klasifikacija stijena po abrazivnosti prema L. I. Baronu,
Klasifikacija stijena u tunelogradnji prema Bieniawskom,
i dr.
Klasifikacija stijena po čvrstoći (prema M. M. Protođakonovu)
Jedinstvena klasifikacija stijena po bušivosti (AN SSSR)
Klasifikacija je izvedena na osnovi brzine bušenja standardnim bušaćim čekićem u standardnim uvjetima:
• ručni bušači čekić mase: 22 kg
• pritisak komprimairanog zraka 4,5 0,25 at
• automatsko potiskivanje
• dlijeto s jednim sječivom s umetkom od tvrde legure, promjera glave 42 mm i kutem oštrice 110º
• dubina bušenja: 1m (uz ispuhivanje bušotine)
Klasifikacija stijena po abrazivnosti (prema L. I. Baronu)
vremenska postojanost nepodgrađenog prostora (sati)
Nep
odgr
ađen
i pro
stor
(m
)
Klasifikacija stijena za tunelogradnju (prema Z. T. Bieniawskom)
e širina pukotina (mm)
f kontinuitet pukotina
g pritjecanje vode (lmin-1)
h zalijeganje pukotina
Opis:
a RQD%
b trošnost stijene
c čvrstoća probnog tijela (MNm-2)
d razmak pukotina (m)