RUDARSKI I GEOTEHNIČKI STROJEVI

1. RUDARSKI I GEOTEHNIČKI STROJEVI SVOJSTVA STIJENA Rudarsko-geološko-naftni fakultet

2. 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: • struktura i tekstura (mineraloško-petrografska svojstava) • gustoća (fizikalna svojstva) • vodoupijanje, bubrenje, ljepljivost (hidrofizička svojstva) • čvrstoća, tvrdoća, žilavost, krtost (mehanička svojstva) • rastresitost, držanje (stabilnost) rastresitog materijala, otpor prema bušenju, abrazivnost, otpor prema rezanju (glodanju) i struganju (tehnička svojstva)

3. Struktura i tekstura 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). Kamen - prirodnim ili umjetnim putem odvaljeni (odlomljeni) dio 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

4. Klasifikacija prema načinu postanka, struktura i tekstura stijena Zrnata Homogena (masivna) Porfirska Fluidalna Ofitska struktura Vezikularna

5. Klasifikacija prema načinu postanka, struktura i tekstura stijena Klastična Homogena (masivna) psefitska psamitska siltitska pelitska Kristalasta Trakasta i slojevita krupnokristalasta sitnokristalasta afanitska amorfna oolitska i sferolitska Brečasta Organogena

6. Klasifikacija prema načinu postanka, struktura i tekstura stijena Škriljava Blastična -homeoblastična zrnata listićava štapičasta - heteroblastična Klastična -porfiroklastična -mortarska (brečasta) -kataklastična Čvorasta (okasta) Tekstura gnajsa Homogena (masivna)

7. 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) sipkestijene(nevezane, npr. pijesak i šljunak).

8. 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. s = ms/Vs s = 2,6 do 4,7 g/cm3, ovisno o vrsti stijene 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.  = m/V d = md/V

9. 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 mase r – nasipna gustoća (t/m3) Koeficijent rastresitosti kr= Vr/V= /r Vr > V (20 do 60%)

10. Specifična, volumna, nasipna gustoća i koeficijent rastresitosti materijala

11. 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

12. 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,

13. Mehanička svojstva stijena Osnovna mehanička svojstva su: tvrdoća, čvrstoća, žilavost, krtost

14. Mehanička svojstva stijena Tvrdoća • 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 Mohs-ova skala 1) određivanje tzv. skleroskopske tvrdoće metodom odskoka po Shore-u 2) određivanje utisne tvrdoće ugljena po Sauberlich-u Schmidtov čekić

15. Mehanička svojstva stijena 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).

16. 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.

17. 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

18. utovarač buldozer bager bunker kamion vagon ravna traka užljebljena traka Tehnička svojstva stijena Držanje (stabilnost) materijalaje sposobnost sipkih (nevezanih) materijala, odnosno iskopanih ili odminiranih masa da se drže na ravnoj podlozi u obliku stošca bez pridržavanja sa strana. tgo= /o 0,7 o – statički kut unutrašnjeg trenja  – dinamički kut unutrašnjeg trenja Kut kojeg nasipani materijal tvori s ravnom (horizontalnom) podlogom naziva se prirodnim kutem sipanja materijala i zapravo predstavlja kut unutrašnjeg trenja materijala

19. Tehnička svojstva stijena • pirodni kut sipanja o veći je kod neklasiranog (dobro graduiranog) materijala • pirodni kut sipanja (o) klasiranog materijala: 35-45˚ Tablica 5. Kut unutrašnjeg trenja za različite materijale

20. 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.

21. 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)

22. Klasifikacija stijena • 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.

23. Klasifikacija stijena po čvrstoći (prema M. M. Protođakonovu)

24. 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)

25. Klasifikacija stijena po abrazivnosti (prema L. I. Baronu)

26. Opis: a RQD% b trošnost stijene c čvrstoća probnog tijela (MNm-2) d razmak pukotina (m) e širina pukotina (mm) f kontinuitet pukotina g pritjecanje vode (lmin-1) h zalijeganje pukotina Nepodgrađeni prostor (m) vremenska postojanost nepodgrađenog prostora (sati) Klasifikacija stijena za tunelogradnju (prema Z. T. Bieniawskom)