В настоящее время для строительства в качестве природного камня используются: мрамор, известняк, туф, травертин, гранит, базальт, диабаз, кварцит, песчаник, лабрадорит, диорит.
Технология добычи блочного камня разделяется по способу отделения блоков от массива на взрывной и механический.
Взрывной способ отделения блока от массива применяется при разработке весьма крепких пород типа гранитов, диабазов и др.
Для этого блок обуривается шпурами по вертикальным и горизонтальным плоскостям на величину размеров блока, которые устанавливаются в зависимости от будущих изделий и транспортных возможностей.
В качестве взрывчатого вещества используется низкобри- зантное взрывчатое вещество, чаще всего чёрный порох с удельным расходом 0,05-0,3 кг/м3, или мощное взрывчатое вещество типа ТЭНа (детонирующего шнура) в воде.
При использовании детонирующего шнура в водной среде заряд помещается в каждый шпур. Благодаря свойству несжи- маемости воды усилие от взрыва сглаживается и равномерно передается на стенки шпура. Учитывая это свойство, для увеличения надежности образования трещины в нужном направлении применяют парные или сдвоенные шпуры, шпуры эллипсовидной формы или специальные конструкции зарядов, в которых детонирующий шнур размещается по противоположным стенкам круглого шпура по линии направления трещины в виде линейного накладного заряда. Для этого детонирующие шпуры после помещения в шпур расклиниваются водой в полиэтиленовой оболочке. В центре такой конструкции помещается откольный заряд из детонирующего шнура, который взрывается с замедлением от линейных зарядов.
Отделенный от массива образующимися трещинами блок опрокидывается на площадку на специально подготовленную подушку из щебня гидравлическими домкратами. На площадке блок аналогичной технологией разделяется на отдельные элементы, размеры и вес которых позволяют транспортировать
для дальнейшей обработки на камнеобрабатывающем заводе
При разработке базальтового месторождения отделение базальтового блока производится взрыванием зарядов взрывчатого вещества, располагаемого в сооружаемых полостях в породах, подстилающих базальтовый слой.
При производстве бордюрного камня и других дорожных изделий из базальта и гранита эффективно использование буро- зарядного агрегата, который обуривает строчку массива, заряжает льющимся взрывчатым веществом и взрывает. Отделенный от массива блок погрузчиком загружается в транспортные средства.
В последнее время для образования щелей в массиве стали использовать терморезаки, принцип действия которых аналогичен термобурению. Техническая возможность образования щели на большую глубину пока небольшая, поэтому этот способ применяется в комбинации со взрывным. В расширенную термо- резаком на некоторую глубину щель помещают заряд взрывчатого вещества и взрывают, отделяя таким способом блок от массива.
чает:
Механический способ отделения блока от массива вклю-
· отрыв блока от массива по естественным трещинам
внедрением в неё клиньев;
· бурение по контуру отделяемого блока на небольшую глубину шпуров и отрыв от массива с помощью гидроклиньев;
· отпиливание по контуру блока канатной пилой, дисковой или баровой машиной.
Первый способ применяется в трещиноватых массивах, в которых гидроклиньями по трещинам, а затем гидродомкратами блок отделяется от массива.
Второй способ наиболее распространён при добыче каменных блоков крепких горных пород из крупнотрещиноватых массивов. Шпуры бурятся на глубину до подстилающей трещины или на высоту блока на расстоянии друг от друга, достаточном для разрыва массива между ними при механическом напряжении, возникающем от распорных усилий клиньев. В крепких горных породах (более 130 МПа) шпуры располагаются на расстоянии 0,1-0,2 м. Клинья в зависимости от прочности горных пород
забиваются в каждый или через несколько шпуров. Для уменьшения трения и разрушения самого блока клинья в шпур закладываются между пластинами («щеками»). Гидроклинья представляют собой механизмы, в которых пластины раздвигаются давлением жидкости, создаваемым высоконапорным насосом.
Третий способ — отделение блока от массива канатной пилой - применяется для добычи блоков больших размеров.
По применяемому рабочему инструменту этот способ разделяется на три группы:
· абразивно-канатное пиление применяется для добычи мрамора, базальта, гранита;
· пиление канатами, армированными твёрдым сплавом для добычи туфа и известняка;
· алмазно-канатное пиление для добычи мрамора и базальтов.
Щель в массиве образуется в результате воздействия абразива, в первой группе - кварцевого песка крупностью 0,2-1 мм, который подаётся в щель вместе с водой и захватывается тросом, движущимся со скоростью 8-12 м/с.
Рабочий орган канатной пилы представляет собой двух- или трехжильный бесконечный стальной трос диаметром 3; 3,5; 4,5 и 5 мм и длиной от 1 до 3 км. Начинают пиление канатом большего диаметра. При износе и обрыве его заменяют канатом меньшего диаметра. Стойки со шкивами служат для направления каната в пространстве. Их размещают таким образом, чтобы одним заходом иметь возможность произвести все вертикальные и горизонтальные щели для полного его отделения от массива.
Размеры блока в мраморном массиве составляют 20x10x5 м. Для установки стоек на глубину, соответствующую высоте блока, проходят специальные шурфы или используют специальные буропроникающие стойки со снабжёнными абразивными направляющими шкивами, которые натяжением самого каната пропиливают щель в скважине, увлекая на глубину канат. Расход песка и воды составляет 30 кг/ч и 100 л/ч, соответственно. Натяжение каната для создания оптимальной стрелы прогиба в 80 мм на 1 м каната должно составлять 2000-2500 Н.
Отделённый от массива пропилом щелей таких размеров блок гидродомкратами опрокидывается на специально подготов-
ленную «постель» из песка и щебня, где распиливается этим же канатом на блоки меньших размеров, соответствующих возможностям транспортных и камнерезных средств. Часовая производительность канатной пилы при добыче мрамора прочностью 70- 100 МПа составляет 1-2 м2 при длине пропила 20—22 м.
В настоящее время применяются канаты с армированными алмазными элементами, получаемыми методом порошковой металлургии, размещаемыми по всей глубине рабочего слоя. Эти канаты обладают высокой износоустойчивостью.
Канат, армированный натуральными или синтетическими алмазами, повышает эффективность отделения блоков от массива в два раза.
Направление выемки блоков в рабочей зоне канатным пилением производится горизонтальными, наклонными и вертикальными слоями.
Отпиливание блоков камнерезными машинами зависит от категории горных пород, которые определяются их свойствами и назначением изделия.
К категории пильных относятся горные породы с объёмным весом от 900 до 2200 кг/м3, с пределом прочности при сжатии до 1,8 МПа, обладающие определёнными физико- механическими и теплофизическими свойствами. По геологическому происхождению естественные стеновые материалы подразделяются на осадочные, метаморфические и изверженные.
В зависимости от прочности разрабатываемых пород штучный камень, получаемый из известняков, разделяется на 14 марок, из туфов - на 9.
Стандартом предусмотрены три основных типоразмера камней: 490x240x188 мм, 390x190x188 мм и 390x190x288 мм. Допускается также изготовление камней по длине в три четверти и в половину нормального размера.
Из пильных пород, кроме штучного камня и крупных блоков, выпускают конструктивные и облицовочные плиты,
которые добываются на карьерах в виде монолитов и в дальнейшем подвергаются распиловке и специальной обработке на камнеобрабатывающих заводах.
Камнерезные машины используются для отделения блоков камня в породах средней прочности (мрамор, известняк, туф).
Технология их использования заключается в одновременном или последовательном создании пропилов в массиве во всех плоскостях с помощью дисковых, кольцевых фрез или цепных баров, армированных твердым сплавом. Камнерезные машины различаются по назначению: для выпиливания блочного камня небольших размеров на низких уступах; для выпиливания крупных стеновых блоков и конструктивно. Для выпиливания блоков камня из крепких горных пород возможно применение рабочих органов камнерезных машин, армированных натуральными или синтетическими алмазами.
Подготовка горизонта к добычным работам заключается в проходке разрезной траншеи и фланговых поперечных траншей для ввода и вывода режущего инструмента.
Камнерезный агрегат предназначен для вырезки камня из известняков прочностью до 50x105 Па, сортировки горной массы на стандартный камень и отходы, формирование пакетов из камня и укладки их в штабель в выработанном пространстве или в транспортные средства.
Выбор камнерезной машины для открытой разработки природного камня определяется физико-механическими свойствами, условиями его залегания и производственной мощностью карьера.
Пильный известняк разрабатывают низкими (0,4 м) и высокими (2-2,8 м) уступами. Высота уступа назначается с учётом мощности и строения пласта полезного ископаемого, а также конструкции камнерезной машины и размеров пильного камня.
При разработке мягких однородных пород предпочтительны высокоуступные системы.
При неоднородном строении пильного пласта или небольшой мощности полезного ископаемого применяют низкоуступные системы с преимущественным использованием
дисковых машин.
Добыча штучного камня из известняков прочностью до 50x105 Па производится цепными и дисковыми камнерезными машинами. Известняки и туфы средней крепости разрабатывают дисковыми машинами. Для добычи крупных блоков из известняков и туфов применяют камнерезные машины с кольцевыми фрезами.
Количество камнерезных машин определяют в зависимости от физико-механических свойств разрабатываемого массива и производственной мощности карьера.
На крупных карьерах распространены высокопроизводительные машины СМ-89А и ПТ-38; на небольших карьерах, разрабатывающих природный камень прочностью ниже 50x105 Па, применяют легкие машины КБЦ-За, КШЦ-2, КМАЗ-188 и др.
При выборе камнерезной машины учитывают также и отходы, получаемые при выпиливании штучного камня.
Для предотвращения повреждений пильного пласта взрывными работами во время вскрышных работ бурение скважин производится с недобуром 1,0-1,5 м. Разработка прочных пе- рекристаллизированных пород, залегающих в кровле рабочего пласта, осуществляется с помощью камнерезных или врубовых машин.
Вскрышные работы завершаются зачисткой кровли пильного пласта бульдозерами. Затем, в центре карьерного поля или по его границам, камнерезными машинами КМАЗ-188, СМ-89А, КМГ-2 или взрывным способом проводятся разрезные траншеи на глубину, равную высоте добычного уступа. Ширина траншеи устанавливается в зависимости от размеров основного камнерезного оборудования. В необходимых случаях осуществляется также проходка фланговых траншей для ввода и вывода из массива режущего инструмента камнерезных машин.
Рациональная высота уступов для камнерезных машин при условии минимальной себестоимости продукции находится в пределах Hу = 1,8-3,5 м. Высокоуступные системы разработки экономичнее низкоуступных и им отдаётся предпочтение.
Ширина рабочей площадки уступа зависит от принятого типа камнерезной машины, вида добываемой продукции, способа
производства погрузочно-разгрузочных работ и составляет 20-40 м.
По расположению относительного уступа камнерезные машины подразделяются на три группы:
· предуступные, когда машина полностью расположена на подошве рабочего уступа;
· уступные, когда одна опора машины установлена на почве, а другая - на кровле уступа;
· надуступные, когда машина целиком расположена на кровле уступа.
Размеры площадки под склад готовой продукции устанавливаются из условия размещения добываемой в течение 8-15 дней продукции для уменьшения её влажности.
При разработке месторождений природного камня коэффициент выхода готовой продукции в зависимости от физико- механических свойств камня, условий его залегания и принятого типа камнерезных машин колеблется в пределах η = 0,30-0,75.
Выход бутового камня колеблется в пределах 20-40% от общего количества отходов камнепиления, оскола 15-35%, штыба 10-35% и мелочи 10-25%.