Εργαστηριακή διερεύνηση της εξόρυξης ασβεστολίθου περιοχής Τριπόλεως με μηχανικά μέσα

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο την διερεύνηση της δυνατότητας εξόρυξης ασβεστολίθου με μηχανικά μέσα. Για το σκοπό αυτό συγκεντρώθηκαν δείγματα από την περιοχή της Τρίπολης και συγκεκριμένα από το λατομείο με την επωνυμία Καγιάννης Χρήστος & Σια Ο.Ε. που βρίσκεται στο 3ο χιλιόμετρο Τρίπολης – Καλαμάτας κοντά στο χωριό Βαλτέτσι. Η δυνατότητα να εξορυχθεί ένα πέτρωμα με μηχανικά μέσα καθορίζεται από την εξορυξιμότητα του, δηλαδή την ευκολία ή την δυσκολία που παρουσιάζει στην εξόρυξή του. Εκφράζεται με οικονομικά και επιχειρησιακά χαρακτηριστικά της εξόρυξης όπως η απόδοση της μηχανικής εξόρυξης, η ειδική κατανάλωση ενέργειας εκσκαφής και η φθορά των κοπτικών εργαλείων. Μεταξύ των παραμέτρων που την επηρεάζουν, οι ιδιότητες της μάζας του προς εξόρυξη πετρώματος είναι καθοριστικής σημασίας για την εκτίμησή της. Προκειμένου να γίνει μια πλήρης περιγραφή των μηχανικών και φυσικών ιδιοτήτων του πετρώματος εκτελούνται μια σειρά από εργαστηριακές δοκιμές. Τέτοιες δοκιμές όπως η δοκιμή μονοαξονικής θλίψης, η δοκιμή αντιδιαμετρικής θλίψης, η δοκιμή σκληρότητας Shore, η δοκιμή κοπής και η δοκιμή αποξεστικότητας Cerchar είναι δυνατό να δώσουν μια προκαταρκτική εκτίμηση της εξορυξιμότητας ενός πετρώματος. Η φθορά των κοπτικών εργαλείων έχει σημαντική επίδραση στην εξορυξιμότητα των πετρωμάτων. Λόγω της σταδιακής απομάκρυνσης του μετάλλου από το κοπτικό και της μεταβολής της γεωμετρίας του, το κοπτικό πρέπει να αναπτύξει πολύ μεγαλύτερες δυνάμεις για το ίδιο αποτέλεσμα με συνέπεια την μείωση της απόδοσης του εξορυκτικού εξοπλισμού και την αύξηση της ειδικής κατανάλωσης ενέργειας εκσκαφής. Καθοριστικό κριτήριο βελτιστοποίησης της οικονομικότητας της μηχανικής εξόρυξης πετρωμάτων είναι η ελαχιστοποίηση της ειδικής ενέργειας εκσκαφής. Ειδική ενέργεια εκσκαφής ονομάζεται η ενέργεια που απαιτείται για την απόσπαση από τη φυσική του θέση πεπερασμένου όγκου πετρώματος. Προκειμένου να γίνει παραμετρική ανάλυση για την διαστασιολόγηση και την πρόβλεψη της απόδοσης μηχανήματος απαιτείται ενδελεχής γνώση των δυνάμεων που αναπτύσσονται κατά την κοπή. Τέλος, η ειδική ενέργεια εκσκαφής είναι συνάρτηση πολλών παραγόντων όπως η απόσταση μεταξύ διαδοχικών κοπτικών άκρων σε μια κεφαλή ή ένα τύμπανο κοπής, το βάθος της κοπής κ.ά.

Subject of this thesis is the investigation of the excavability of limestone with mechanical means. For this purpose limestone samples have been prepared from the Kagiannis Christos quarry which is located near the 3rd kilometer of the Tripoli – Kalamata highway near the village Valtetsi, and an extensive laboratory investigation has been performed. The excavability of a rock by mechanical means is a measure of the ease and energy requirements for the breakage and excavation of rock from its original, insitu location. Excavability can be expressed on the basis of financial and operational characteristics of the excavation as is the performance of the excavating machine, the specific energy required for the excavation and the wear of the cutting tools. Among the parameters that influence excavability, the rock properties are of decisive importance for its estimate. In order to make a complete description of the mechanical and physical properties of the intact rock, a series of laboratory tests have been performed. With tests such as the uniaxial compressive strength test, Brazilian test, Shore hardness test, core cuttability test and Cerchar abrasiveness test it is possible to determine a preliminary estimate of the excavability of a rock. The wear of cutting tools has an important effect on the excavability of a rock. Due to the progressive removal of metal chips from the cutting edge and the change of its geometry, the cutting tool is expected to develop higher forces for the same result, reducing the performance of the excavating equipment and increasing the specific energy consumption of the excavation. The lowest specific energy criterion is fundamental in the optimization process of an excavation project. Specific energy is defined as the energy required to excavate a unit volume of rock. In order to conduct parametric analysis to predict the performance of a given machine or define the machine required to achieve a certain advance – production rate, a thorough knowledge of the forces developing during rock cutting is required. Finally, specific energy is a function of many parameters such as spacing, depth of cut etc.