Izvorni znanstveni članak
Neki od najvažnijih kriterija za vrednovanje ležišta prirodnog kamena u tijeku istraživanja
Ivan Tomašić
Ana Kršinić
Sažetak
U radu su prikazani kriteriji pogodni za vrednovanje ležišta prirodnog kamena u tijeku istraživanja i eksploatacije. Boja i značajke sastojaka stijene važni su za dekorativni kriterij. Fizičko-mehanička svojstva definiraju tehnički kriterij. Geološki kriterij utvrđuje se na temelju dobrog poznavanja geoloških značajki, posebno na temelju mjerenja i analize diskontinuiteta važnih za eksploataciju i iskoristivost stijenske mase u obliku blokova. Diskontinuiteti svojim položajem i gustoćom ograničavaju veličinu blokova dobivenih eksploatacijom. Tehnološkim kriterijem utvrđuju se mogućnosti obrade prirodnog kamena, tj. rezanje, brušenje i poliranje. Svi utvrđeni i spomenuti kriteriji utječu na materijalnu vrijednost blokova. Jedan od najvažnijih koraka u tijeku istraživanja je mjerenje diskontinuiteta prisutnih u stijenskoj masi nekog ležišta prirodnog kamena. Posebna pozornost posvećena je bušenju za koje se smatra da je jedan od zadnjih, najvažnijih i najskupljih koraka istraživanja. Istražnim bušenjem se utvrđuju osnovne značajke ležišta te su dobiveni podaci temelj za interpolaciju i ekstrapolaciju raznih atribucija u ležištu. U radu je prikazan jednostavni matematički model pogodan za prostornu analizu diskontinuiteta. Temeljni ulazni podaci su kutovi α i β (pružanje i nagib diskontinuiteta). Detaljno istraživanje na terenu, na starim i novim frontama otkopavanja te na kamenim jezgrama, vrlo je korisno za utvrđivanje diskontinuiteta, njihove gustoće i njihovog međusobnog prostornog odnosa. Položaj svakog diskontinuiteta unutar strukturnog sklopa stijenske mase možemo prikazati kao ravninu u Descartesovom pravokutnom koordinatnom sustavu. Pri tome je položaj svake ravnine odnosno diskontinuiteta definiran ulaznim podacima, kutovima α i β (pružanje i nagib), moguće prikazati koristeći jednadžbu ravnine u segmentnom obliku (1). Pritom su ai, bi i ci odsječci koje čini ravnina odnosno diskontinuitet s koordinatnim osima. Daljnjim postupkom, koristeći jednadžbe dviju ravnina, dolazimo do formule za izračunavanje kuta između dviju ravnina u ovom slučaju između diskontinuiteta. Može se odrediti iz izraza (2), gdje je φi,j kut između i-tog i j-tog diskontinuiteta. Prethodnim izračunavanjem, koristeći opći oblik jednadžbe ravnine mogu se izraziti koeficijenti smjera normale na ravninu (3). Njihovim uvrštenjem u jednadžbu (2) dobije se izraz pogodan za izračunavanje kuta između dviju i više ravnina odnosno dva ili više diskontinuiteta. Pri tome je kut φ kut između i-tog i j-tog diskontinuiteta. Taj kut iznosi od 0o – 90o. Iskustvo pokazuje da je najpovoljniji prostorni odnos diskontinuiteta u području prema 0o ili prema 90o, što naravno znači da je povoljno odnosno optimalno ako su u ležištu diskontinuiteti međusobno paralelni ili okomiti. Tada će, dakako, formiranje pravilnih blokova biti mnogo lakše i učinkovitije tijekom eksploatacije u ležištu. Prvi kriterij optimalnosti može se izraziti kao cos φi,j =1, a to znači da su diskontinuiteti međusobno paralelni odnosno da njihov međusobni presjek teži prema 1. Drugi kriterij optimalnosti može se izraziti kao cos φi,j=0, a to znači da su diskontinuiteti međusobno okomiti odnosno da njihov međusobni presjek teži prema 0. Treći optimalni uvjet je da svi diskontinuiteti u ležištu, bez obzira da li su skloni biti međusobno paralelni ili okomiti, budu na što većem razmaku odnosno da l → max (l1, l2, l3, l4 ,….ln, razmaci između diskontinuiteta teže maksimumu). Ukoliko su razmaci veći, utoliko se iz stijenske mase mogu dobivati veći blokovi. Rezultati se prikazuju pomoću histograma distribucija frekvencija ili pomoću krivulje distribucije kutova dobivenih polinomnom regresijom za određenu poziciju u ležištu. Potrebno je još utvrditi dominiraju li u ležištu tri ili više sustava diskontinuiteta. Da bi se dobila što realnija ocjena povoljnosti međusobnog položaja diskontinuiteta, upotrijebljena je reperna krivulja (kvadratna parabola) koja je dobivena normalizacijom relativne frekvencije pomoću maksimalne vrijednosti relativne frekvencije Rf =25. Na sl.1 vidljiva je prepoznatljiva reperna krivulja (1) koja je uvijek ista. Krivulja (2) je aproksimirana parabola drugog stupnja, a krivulju (3) čine podaci prikazani poligonom frekvencije dobiveni temeljem jednadžbe (2). Razrađena i testirana metoda omogućuje optimiranje prostornog odnosa diskontinuiteta. Analiza prikazana na sl. 1 temelji se na podacima izmjerenim u kamenolomu Kanfanar u Istri u kojemu se eksploatira onkolitni vapnenac poznat pod komercijalnim nazivom Kanfanar ili Istarski žuti. Analiza prikazana na sl. 2 temelji se na podacima izmjerenim u kamenolomu Sivec (Makedonija) u kojemu se eksploatira dolomitni mramor komercijalnog naziva Sivec. Stavljanjem u funkcionalnu vezu rezultate dobivene prikazanom analizom s rezultatima utvrđivanja razmaka između diskontinuiteta omogućuje vrednovanje povoljnosti međusobnog položaja diskontinuiteta u strukturnom sklopu stijenske mase. Cilj takvih analiza je unaprijed procijeniti mogućnosti eksploatacije većih ili manjih kamenih blokova prirodnog kamena iz stijenske mase. Ukoliko je moguće, razmaci diskontinuiteta se mogu mjeriti na površini terena, na otkopnim frontama kamenoloma ili na kamenoj jezgri iz bušotina. U tom je pogledu posebno važno istražno bušenje na jezgru. Istražna bušotina do određene mjere omogućuje procjenu cjelovitosti pomoću linearnog koeficijenta cjelovitosti. Posebnu pozornost potrebno je posvetiti diskontinuitetima koji os jezgre sijeku pod nekim kutom koji je bitno različit od 0o ili 90o. Na radnim (otkopnim) frontama novih i starih radilišta te na orijentiranoj jezgri iz bušotina moguće je dobiti stvarne razmake diskontinuiteta u ležištu. Linearni koeficijent cjelovitosti izračunava se prema formuli (5). Ovaj se podatak mjeri i izračunava na sličan način onom koji se koristi kod ocjene raspucanosti u inženjerskoj geologiji pod nazivom RQD (Rock quality designation). Monolitnost odnosno kompaktnost stijenske mase u ležištu u prostornom pogledu može se najtočnije odrediti pomoću tri bušotine. Pritom se analiziraju cjeloviti intervali jezgri iz bušotina koje su prethodno orijentirane okomito na pojedine pukotinske sustave u ležištu. Za svaku se bušotinu posebno određuje koeficijent linearne cjelovitosti. Cjeloviti dijelovi jezgri l1, l2, l3,....ln analiziraju se posebno za pojedine intervale dužina, npr. >50, > 100, >150, >200 cm itd., već prema tome kakvi se blokovi očekuju u stijenskoj masi. Nakon toga linearni se koeficijenti Kuc1, Kuc2 i Kuc3 izračunavaju za svaki smjer bušenja posebno, prema već prethodno spomenutim ograničenjima i dobivenim intervalima jezgri. Naposljetku se izračunava stvarna ili volumna iskoristivost stijenske (Kvuc) mase u ležištu prema formuli (6). Rezultati dobiveni prikazanom metodom analize mogu se također korisno upotrijebiti i kod određivanja optimalnog položaja otkopne fronte u odnosu na položaj učestalih diskontinuiteta. Ovo je vrlo važno kod eksploatacije i iskorištenja stijenske mase u obliku blokova u ovisnosti od strukturnog sklopa i tehnologije eksploatacije. Utvrđivanje cjelovitosti stijenske mase mora se pomno provoditi. Izmjereni razmaci i položaji diskontinuiteta u bušotinama, na površini terena i na otkopnim frontama starih radilišta mogu se analizirati na način da im se odredi optimalnost međusobnog prostornog odnosa mjerenjem i analizom kuta φ između diskontinuiteta te mjerenjem razmaka između njih. Na sl. 3 prikazan je kamenolom dolomitiziranih vapnenaca na otoku Braču. U kamenolomu se eksploatira varijetet prirodnog kamena Sivac uz volumni koeficijent iskoristivosti kamenih blokova od 25 – 30 %. Ponajveći blokovi dosežu veličinu od 6 – 7 m3. Položaji diskontinuiteta slični su onima u kamenolomu Sivec u Makedoniji gdje se eksploatira varijetet prirodnog kamena Sivec (dolomitni mramor). Prikazan matematički model jednostavan je i pogodan za analizu izmjerenih diskontinuiteta. Rezultati istraživanja i analize diskontinuiteta vrlo su korisni za vrednovanje stijenske mase u ležištima prirodnog kamena i prognoziranje njene iskoristivosti i održive eksploatacije.
Ključne riječi
prirodni kamen; istraživanje prirodnog kamena; iskoristivost stijenske mase; prostorni odnos diskontinuiteta
Hrčak ID:
63755
URI
Datum izdavanja:
23.12.2010.
Posjeta: 2.070 *