5. Добыча и переработка горных пород

Весь комплекс работ по добыче каменных материалов называется горными работами. Скопления горных пород в земной коре называют месторождениями. Разрабатываемые месторождения горных пород называют карьерами. Горные породы становятся дорожно-строительными материалами после их добычи из земной коры и переработки.

Различают карьеры коренных месторождений, в которых разрабатывают сплошные массивы горных пород, например, граниты, известняки и др., и карьеры рыхлых горных пород (разработка песка, гравия, валунного камня).

В зависимости от условий залегания, разработка горных пород может вестись открытым способом в карьерах, реже подземным (разработка в подземных галереях ракушечных известняков) или подводным (рыхлые горные породы залегают сравнительно неглубоко от поверхности воды в реках или озерах) способами.

При разработке месторождения вначале удаляют верхний наносной слой (вскрыша), а затем снимают верхние выветрившиеся слои горной породы. Работы в карьере обычно ведут уступами.

Горные породы, разбитые небольшими трещинами, разрабатываются механическим способом (экскаваторами). Массивные горные породы (например. изверженные), как правило, разрабатывают с применением взрывчатых веществ. Взорванную горную породу грузят экскаватором в автотранспортные средства и направляют на переработку на дробильно-сортировочные заводы, а также на передвижные камнедробильные сортировочные установки.

Песок и гравий в карьерах классифицируют по крупности зерен на две и более фракций.

Щебень получают дроблением горных пород, добываемых взрывным или другим способом. Дробление, сортировку и обогащение щебня осуществляют на дробильно-сортировочных установках, располагаемых вблизи карьеров.

Поступающую на завод горную породу загружают в бункер, из которого вибрационным питателем подают в щековую дробилку, а оттуда - на промежуточный открытый склад. Со склада масса конвейером подается в грохот, более мелкие фракции щебня поступают затем на конусную дробилку, а более крупные вновь проходят дробление в щековых дробилках. Из конусной дробилки щебень подают на сортировку в грохот для разделения фракций.

Очень широко практикуется добыча каменных материалов путем распиловки массива камнерезными машинами непосредственно на месте залегания породы. Машины особенно эффективны при подземных выработках слабых и мягких пород, например, ракушечника, известняковых туфов и др. В этом случае получаемый готовый каменный материал правильной формы одинакового размера и объема, направляется непосредственно на строительство.

Рыхлые горные породы (валуны, гравий, песок) добывают открытым способом, как правило, одно- и многоковшовыми экскаваторами. Песок и гравий можно добывать также и гидромеханическим способом, когда вода, подаваемая гидромонитором под большим давлением, разрыхляет грунт. Гравий со дна озер и прибрежной части морей добывают специальными плавучими механизмами - драгами и землечерпалками. Подводная добыча песка со дна водоемов наиболее эффективна гидромеханизированным способом. На понтоне устанавливается землесосный снаряд, на дно опускается всасывающее устройство землесоса и механический рыхлитель. Пульпа (песок с водой) по пульпопроводу транспортируется в гидроотвалы. Обезвоживание песка осуществляется в результате дренажа в гидроотвалах, естественной и искусственной сушки.

Последовательность операций по подготовке карьеров к разработке и технологическая схема разработки горных пород включает:

1) Планировка местности с обязательным отводом атмосферных осадков;

2) Обнажение породы и удаление пустой породы (вскрышные работы);

3) Разработка и удаление на специальные площадки выветрившихся в верхнем слое пород;

4) Отделение монолитов от массива и передача их к месту дополнительной обработки;

5) Разделка монолитов на глыбы нужных размеров или переработка в определенный вид каменной продукции;

6) Сортировка готовой продукции;

7) Транспортирование продукции к местам отгрузки (или на склад).

Как видно из сказанного, часть каменных материалов приобретает вид готового материала непосредственно на месторождении. Это - песок, щебень, гравий, пиленые камни разных назначений и др. Но значительная часть каменных материалов, добытых в карьерах, направляется на специализированные заводы для окончательной обработки, в результате которой камень приобретает заданные размеры и форму, а также фактуру лицевой стороны. Методы обработки камня весьма разнообразны. В зависимости от способа изготовления изделия из природного камня делят на пиленые (стеновые камни и блоки, облицовочные плиты и плиты для пола) и колотые (бортовые камни, камни тесаные, брусчатка и шашка для мощения и др.).

По виду обработки природные каменные материалы можно разделить на следующие основные виды:

1) грубообработанные каменные материалы (бутовой и валунный камни, щебень, гравий и песок);

2) штучный камень и блоки правильной формы (для кладки стен и др.);

3) плиты с различно обработанной поверхностью (облицовочные для стен, чистого пола и др.);

4) профилированные детали (ступени, подоконники, пояски, наличники, капители колонн и т.п.);

5) изделия для дорожного строительства (бортовой камень, брусчатка и шашка для мощения).

Для получения того или иного вида каменного материала, применяют различные взрывчатые вещества. Этот вид добычи рваного камня и щебня особенно эффективен и к нему прибегают, взрывая большую массу породы крупными зарядами.

Используя ударную и абразивную обработку, природному камню придают ту или иную фактуру - различный характер поверхности.

Ударная обработка заключается в окалывании поверхности камня с помощью камнетесного инструмента со сменными наконечниками: для тески пользуются широким долотом - скарпелью, скалывание неровностей производят спицей - остроконечным долотом, для чистой обработки лицевой поверхности применяют бучарду со средней или мелкой насечкой.

Ударная обработка дает возможность получить следующие фактуры: скальную с буграми и впадинами, как при естественном расколе породы; рифленую с правильным чередованием гребней и впадин глубиной до 2 мм; бороздчатую с параллельными прерывистыми бороздками глубиной до 0,5-1 мм, точечно-шероховатую с точечными углублениями 0,5 - 2 мм.

Абразивная обработка включает распиливание, фрезерование и полирование. Блоки из мрамора, известняка и других пород при помощи рамных пил, армированных твердосплавными вставками или снабженных алмазными резцами. Алмазными резцами можно изготовлять тонкие плиты толщиной 5-10 мм.

Для получения профилированных изделий (ступеней, поясков, карнизов и т.п.) на камнеобрабатывающих заводах применяют камнефрезерные и универсальные профилирующие машины.

Шлифуют и полируют на шлифовально-полировальных станках с вращающимися дисками, которые перемещают по поверхности изделия. Шлифуют с применением зернового абразива: корунда, карборунда или мелких алмазов, которые увеличивают производительность оборудования. После шлифования камень имеет гладкую матовую поверхность. Для придания камню блестящей гладкой поверхности, его полируют войлочными дисками с использованием мастик и тонких полирующих порошков из оксидов металла (хрома, олова, железа и др.) или нитрата олова.

Абразивная обработка создает фактуры: пиленую - с тонкими штрихами и бороздками глубиной до 2 мм; шлифованную - равномерно-шероховатую с глубиной рельефа до 0,5 мм; лощеную - гладкую бархатисто-матовую с выявленным рисунком камня; зеркальную - гладкую с зеркальным блеском.

Термическая обработка каменной породы основана на воздействии струи газа с высокой температурой (в результате сжигания бензина в воздушной струе) на поверхность этой породы. При обработке камня бензовоздушным термоотбойником он нагревается неравномерно и возникающие термические напряжения вызывают скалывание верхнего слоя.

С помощью термической обработки можно оплавить поверхностный слой камня, при этом получают своеобразную “глазурованную” фактуру, кроме того, изменяют естественный цвет горной породы.