Добыча, обработка и применение камня

   Полировка осуществляется войлочными полировальными дисками с использованием мастик и тонких полирующих порошков из оксидов металлов (хрома, олова, железа и др.) или азотнокислого олова. После полировки поверхность плотного камня становится зеркально гладкой.

  Абразивная  обработка дает фактуры: пиленую - с тонкими штрихами и бороздками глубиной до 2 мм; шлифованную - равномерно шероховатую с глубиной рельефа до 0,05 мм: лощеную-гладкую бархатисто-матовую с выявленным рисунком камня; зеркальную-гладкую с зеркальным блеском.

  Приближенная  обработка блоков резанием (распиловка) — весьма трудоемкая операция, стоимость  которой составляет до 40% стоимости  готовой продукции. В ее задачу входят получение полуфабриката — плит различной толщины и размера в зависимости от назначения (наружная или внутренняя отделка, плиты для полов, ступеней и т. д.), а также брусков для изготовления профильных изделий. Правильный выбор размеров исходных блоков, устранение поломок плит при распиловке, повышение качества поверхности распила обеспечивают рост выпуска готовой продукции при тех же затратах сырья и снижение себестоимости изделий.

  • Точная обработка камня по форме («окантовка»), с одной стороны, обеспечивает придание изделиям точных размеров, а с другой — получение архитектурных деталей из брусков (ступеней, карнизов, колонн и др.). Основная часть окантовочных станков для точной обработки резанием—отрезной (алмазный или карборундовый) круг. Применение высокопроизводительных алмазных отрезных кругов позволило разработать технологию изготовления плит и брусков непосредственно из блоков. При одностадийной схеме (рис. 4, а) изготовление плит осуществляют на одном станке, имеющем один горизонтальный и 3...8 вертикальных отрезных кругов. При двух стадийной схеме на фрезерном станке с двумя взаимно перпендикулярными дисками получают брусок-заготовку, а затем разрезают его на многодисковых станках с двухъярусным расположением кругов (рис. 4, б).

  Рис.4. Схема  изготовления плит непосредственно  из блока:

  а) одностадийная; б) двухстадийная 

  • Фактурная обработка преследует цель с предельной полнотой раскрыть декоративные возможности камня с учетом условий его службы. Вместе с тем она должна обеспечивать повышение срока службы изделий, поэтому желательны фактуры, уплотняющие поверхность камня. Для каменных изделий, получаемых путем резания, фактурная обработка осуществляется шлифовкой и полиспособом с грубым абразивом (корунд и др.), а затем—тонкая шлифовка (лощение) тонким зерновым абразивом. Для придания поверхности блеска ее полируют специальными порошками (оксид хрома, оксид железа, порошок пемзы) с помощью дисков, докрытых мягкими тканями—фетром, сукном и т. п. В зависимости от степени обработки камня абразивами получают, следующие фактуры: шлифованную, имеющую мелкошероховатую поверхность, лощеную гладкую, бархатисто-матовую с выявленным рисунком камня, зеркальную гладкую с зеркальным блеском. Затраты на фактурную обработку облицовочных изделий составляют 40...45% себестоимости.

  • Обработка природного камня скалыванием более трудоемка, так как в большинстве случаев требует постоянного участия оператора. Этот способ до последнего времени не удается полностью механизировать, особенно эффективен он для обработки слоистых плохо распиливаемых пород. Колотые плиты в несколько раз толще пиленых. Раскалыванием блоков с последующей дополнительной обработкой поверхности изготовляют облицовочные камни, бортовой камень, брусчатку и др.

Приближенная  обработка камня скалыванием  производится с помощью клиньев  по предварительно ослабленной шпурами  поверхности раскола. Точная обработка  изделий скалыванием целесообразна только при изготовлении изделий из твердого камня, обработка которого алмазными кругами экономически не оправдана. Обработку осуществляют по шаблону вручную пневмоинструментом или термогазоструйными аппаратами. Термическое воздействие особенно эффективно при обработке твердых пород. Дляразрушение камня применяют термический метод, основанный на воздействии струи газа с высокой температурой. Она достигается сжиганием бензина в воздушной струе. При обработке бензовоздушнымитермоотбойниками камень нагревается неравномерно и возникающие термические напряжения вызывают скалывание верхнего слоя. В некоторых случаях с помощью термической обработки оплавляется поверхностный слой камня, что позволяет получить своеобразную "глазурованную" фактуру и изменить естественный цвет породы.

  Для улучшения  декоративных свойств изделий на их поверхности получают соответствующую  фактуру специальными пневматическими  инструментами (рис. 5).

  Рис. 5. Пневматический инструмент для обработки камня (бучарда) 

   Фактуры,  получаемые с помощью сказывающих инструментов, характеризуются   наличием рельефа; они более выразительны, чем шлифованные. Ударная обработка дает возможность получить следующие фактуры (рис.1): фактуру скалы 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 0.5-1 мм: точечную - шероховатую с точечными углублениями 0.5-2 мм. (рис.6)

Рис.6. Виды фактур камня:

  а) бугристая  фактура скалы; б) рифленая; в) бороздчатая; г) точечная 

  Готовые изделия при перевозке следует  предохранять от загрязнения и повреждений. Блоки для распиливания, крупные стеновые блоки, бортовые камни перевозят на открытых платформах без тары с укладкой правильными рядами на прокладках, предохраняя от повреждений. Облицовочные плиты перевозят закрепленными клиньями в прочной таре в вертикальном положении попарно, лицевыми поверхностями друг к другу, с прокладкой бумаги между ними. Плиты из изверженных пород можно перевозить без тары, установленными на ребро и разделенными деревянными прокладками.

  Изготовление  штучных камней и изделий, отделка  их поверхности сопровождаются образованием большого количества мелких отходов, что удорожает себестоимость выпускаемых изделий. Рекомендуется организовывать их выпуск по комплексной безотходной технологии с переработкой мелких отходов на щебень и песок. Важнейшими направлениями развития камнеобрабатывающей промышленности являются также комплексная механизация работ по добыче, обработке и транспортировке блоков и плит, широкое внедрение высокопроизводительного оборудования с алмазным и твердосплавным инструментом. Крупные высокомеханизированные предприятия, оснащенные новейшим оборудованием с широким использованием алмазных инструментов, позволяют наиболее полно удовлетворять потребность строительства в облицовочных материалах. 

Добыча  нерудных строительных материалов

   Добыча и транспортировка нерудных строительных материалов — важнейшие технологические переделы производства. В каждом отдельном случае способ добычи сырья должен быть тщательно обоснован, так как от правильного его выбора зависят затраты и на последующие технологические операции.

Выбору способа  добычи предшествует анализ химического  состава сырья и его физических свойств: влагоемкости породы, водопроницаемости, плотности, предела прочности при сжатии и ударе и др. Изучая условия залегания сырья, определяют мощность вскрытия, чередование и размер пластов, угол наклона пластов, уровень грунтовых вод и т. п.

   Добыча сырья для производства нерудных материалов производится открытым способом, непосредственно с земной поверхности. В зависимости от свойств разрабатываемых пород, объема вскрыши и других факторов принимают систему разработки месторождения, под которой понимают определенный порядок выполнения комплекса подготовительных, вскрышных, добычных, транспортирующих и других работ, обеспечивающих заданные производительность, экономичность, рациональное использование сырья при безопасных условиях работы.

• Вскрышные работы входят в комплекс горнодобывающих работ. Обычно это удаление пустой породы, закрывающей горную породу. Вскрышные работы проводят с опережением по отношению к работам по добыче сырья. Выбор системы вскрышных работ определяется рядом факторов, к которым относятся мощность залежи, характер ее залегания, мощность вскрышных пород, рельеф местности и т. д.

   По объему перемещаемых масс вскрышные работы составляют одну из крупных расходных статей карьерного хозяйства. Конечная стоимость сырья в значительной мере обусловливается затратами на вскрышные работы. Их осуществляют бульдозерами, экскаваторами, скреперами или гидромеханическим способом — путем размывания породы струёй воды, подаваемой под давлением.

   Бульдозеры используют на небольших карьерах, где вскрыша представлена мягкими породами мощностью до 0,5 м при дальности перемещения не более 80...100 м. Строительные экскаваторы с емкостью ковша 0,5...2 м³ применяют для вскрышных работ на бутощебеночных карьерах. Добываемые породы транспортируют во внутренние или внешние отвалы самосвалами грузоподъемностью 5...25 т. Такая схема позволяет использовать для вскрышных работ то же оборудование, что и для добычи сырья.

   Скреперы рекомендуются для разработки вскрыши на песчаных и песчано-гравийных карьерах, что позволяет по сравнению с транспортной схемой (экскаватор — автотранспорт) снизить их стоимость и повысить производительность труда.

   При разработке вскрыши большой мощности (15...20 м и более) наиболее эффективны бестранспортная и отвально-транспортная системы, когда выемку и перемещение вскрышных пород в отвал производят роторными и шагающими экскаваторами, драглайнами, работающими самостоятельно либо в комплексе с консольными отвалообразователями, транспортно-отвальными мостами. Если один экскаватор не может перемещать вскрышу непосредственно в отвал, возможна кратная перевалка, при которой один экскаватор перемещает породу в промежуточный, а другой — в постоянный отвал. На значительные расстояния (до 1 км) возможно перемещение вскрышных пород при использовании передвижных конвейеров.

   В определенных условиях заслуживает серьезного внимания гидромеханизированная разработка вскрышных пород, обеспечивающая благоприятные условия для комплексной механизации и автоматизации.

• Добычу нерудных материалов производят одним или несколькими уступами. Высоту уступа задают исходя из физико-механических свойств разрабатываемых пород, применяемого оборудования, горнотехнических и климатических условий. Она составляет для твердых пород 10...15 м, а для мягких 8...10 м. Для скальных пород, разрабатываемых с помощью взрывов, высота уступа не должна превышать 20м.

   Рыхлые породы (песок, гравийно-песчаные смеси) разрабатывают прямой экскавацией. На каждом уступе карьера имеется один или несколько забоев. Забой — это рабочая площадка добывающего механизма, часть поверхности уступа, на которой разрабатывают породу.

   Расположение забоев на уступе может быть различным в зависимости от применяемого оборудования и условий разработки. Чаще используют торцовый забой с боковой погрузкой. При этом угол поворота ковша экскаватора не превышает 90°. В таком забое удобно подавать транспорт под погрузку. Ширина торцового уступа при работе экскаватора с прямой механической лопатой составляет 1... 1,5 максимального радиуса резания экскаватора, высота равна максимальному вылету ковша.

   В карьерах нерудных материалов обычно используют строительные гусеничные экскаваторы с ковшом 0,5... 2,5 м³, на крупных карьерах —экскаваторы с ковшами до 4...6 м³. Хорошие перспективы для повышения производительности и комплексной механизации выемочно-погрузочных работ создаются при использовании машин непрерывного действия, например роторных экскаваторов производительностью до 1000 мЭ/ч. Однако они рассчитаны в основном для разработки мягких пород.

   Песчаные и песчано-гравийные месторождения, особенно обводненные, разрабатывают драглайнами, позволяющими более полно извлекать нерудные материалы и производить подводную добычу.

   Для разработки скальных и в особенности полускальных пород (известняков, песчаников, сланцев) возможно применение тракторных рыхлителей с тяговым усилием до 100 тис давлением на каждый зуб рыхлителя 30...40 т. При рыхлении трещиноватые породы разрушаются в первую очередь по трещинам. Глубина рыхления в зависимости от вида породы составляет 0,3...0,7 м. Работа экскаватора при такой высоте разрыхленного слоя неэффективна и поэтому желательно предварительно сгребать разрыхленную породу бульдозерами в навалы.    Эффективность работы рыхлителей зависит от структуры, прочности и трещиноватости породы. Применение рыхлителей снижает стоимость добычных работ на 15...20%. Особенно они эффективны при работе на маломощных пластах. В этом случае механическое рыхление в 2... 5 раз дешевле рыхления взрывом.

   Разработку твердых и плотных горных пород производят, как правило, с применением буровзрывных работ, которые обеспечивают как отделение породы от горного массива, так и дробление негабаритных кусков. Необходимо при этом подчеркнуть, что буровзрывной метод рыхления применим в тех случаях, когда показана недостаточная эффективность рыхления механического и гидравлического. Чем ближе размер добываемых кусков к заданной степени измельчения, тем лучше используется добывающее оборудование. Взрывчатые вещества (аммонит, аммиачную селитру, аммонал и др.) размещают в шпурах (диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м) или скважинах (диаметром до 300 мм и глубиной более 5 м), располагаемых в определенном порядке вдоль фронта уступа. Бурение шпуров и скважин осуществляют буровыми машинами ударно-канатного или вращательного бурения.

   В последние годы внедряются новые способы бурения скважин, в частности огневой, при котором скважину прожигают газовой струёй (смесь керосина с кислородом) с температурой порядка 3000 °С, выбрасываемой из горелки со скоростью до 2000 м/с.