Εργαστηριακή διερεύνηση της εξόρυξης ορθογνεύσιου Ικαρίας με μηχανικά μέσα

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως θέμα την εργαστηριακή διερεύνηση της εξόρυξης ορθογνεύσιου Ικαρίας με μηχανικά μέσα και εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Εξόρυξης Πετρωμάτων της Σχολής Μηχανικών Μεταλλείων – Μεταλλουργών του Ε.Μ.Π.

Σκοπός της εργασίας είναι ο εργαστηριακός προσδιορισμός: 1) των δυνάμεων που αναπτύσσονται τόσο με κοπτικό τύπου δίσκου όσο και συρόμενου τύπου κατά τη διάρκεια των δοκιμών κοπής του πετρώματος. 2) του δείκτη ειδικής ενέργειας κοπής του πετρώματος, ο οποίος ορίζεται ως η ενέργεια που απαιτείται για την εκσκαφή μονάδας συμπαγούς όγκου πετρώματος. 3) των μηχανικών ιδιοτήτων του πετρώματος, όπως αυτές προσδιορίζονται από τις κάτωθι εργαστηριακές δοκιμές: - Δοκιμή μονοαξονικής θλίψης. - Δοκιμή αντιδιαμετρικής θλίψης. - Δοκιμή σκληρομέτρησης με το σκληροσκόπιο Shore. - Δοκιμή αποξεστικότητας κατά Cerchar. - Δοκιμή υπερήχων.

Οι δυνάμεις που ασκούνται στα κοπτικά εργαλεία είναι δυνατόν να εκτιμηθούν επίσης από: α) θεωρητικά μοντέλα όπως οι θεωρίες κοπής, οι οποίες μελετούν τους μηχανισμούς αστοχίας των πετρωμάτων όταν προσβάλλονται από κοπτικά εργαλεία, β) εμπειρικές και ημιεμπειρικές σχέσεις οι οποίες προέρχονται από μελέτες περιπτώσεων.

Οι δυνάμεις αυτές αποτελούν καθοριστικό παράγοντα τόσο για την πρόβλεψη της επίδοσης δεδομένης μηχανής όρυξης, όσο και για τη διαστασιολόγηση μηχανής όρυξης για επιθυμητό μέγεθος προχώρησης-παραγωγής.

Σκοπός των δοκιμών κοπής είναι η προσομοίωση της αλληλεπίδρασης κοπτικού-πετρώματος στις πραγματικές συνθήκες όρυξης, έτσι ώστε στη φάση μελέτης σχεδιασμού της κεφαλής να επιλέγονται μέσω παραμετρικών αναλύσεων οι βέλτιστες παράμετροι εκσκαφής, όπως το βάθος κοπής και η απόσταση μεταξύ διαδοχικών κοπτικών.

Καθοριστικό κριτήριο βελτιστοποίησης στην παραμετρική ανάλυση αποτελεί η ελαχιστοποίηση της ειδικής ενέργειας κοπής καθώς επίσης της φθοράς των κοπτικών εργαλείων. Η ειδική ενέργεια εξαρτάται, μεταξύ άλλων, από το επίπεδο των δυνάμεων που αναπτύσσονται στα κοπτικά εργαλεία, ενώ η φθορά των κοπτικών εξαρτάται κυρίως από την ορυκτολογική συγκρότηση του πετρώματος.

The subject of this thesis is the laboratory investigation on the mechanical excavation of orthogneiss from Ikaria, Greece. The thesis has been prepared at the Laboratory of Excavation Engineering of NTUA’s School of Mining & Metallurgical Engineering.

Aim of the thesis is the laboratory estimation of: 1) the forces developing on the cutting tools during the cutting process. 2) the specific energy index of the rock mentioned above. Specific energy is the energy or work required to cut a unit volume of rock. 3) the basic mechanical properties of the rock, as they are determined from the following laboratory tests: - Uniaxial compression test. - Brazilian tensile strength test. - Hardness test, using the Shore scleroscope. - The Cerchar abrasiveness test. - Ultrasonic test.

Forces acting on rock cutting tools can also be predicted from i) theoretical models such as cutting theories which study fracture and cutting mechanisms, ii) empirical and semi-empirical equations derived from case studies.

The cutting forces are of major importance in designing rock excavation machines for a given advance-production rate or in predicting the performance of a given machine.

Laboratory cutting tests are performed in order to simulate tool-rock interaction. The optimum excavating parameters of the cutterhead (depth of penetration, cutter spacing etc.) are estimated through parametric analysis.

Basic criteria in the optimization process are the criterion of the lowest specific energy and that of the least wear of the cutting tool.