Разработка и обработка природных каменных материалов
Горные породы, пригодные для изготовления каменных материалов, называют полезными ископаемыми. Породы, сопровождающие полезные ископаемые и не используемые для указанной цели, относят к пустой породе. Работы, связанные с добычей полезных ископаемых, называют горными работами. Выработанные пространства, образующиеся в процессе добычи полезного ископаемого, именуются выработками, разрабатываемые месторождения – карьерами.
Выбор способа добычи природных каменных материалов зависит от вида горной породы, глубины и условий ее залегания, твердости и других параметров. Рыхлые горные породы – песок, гравий, глину – добывают открытым способом с помощью различных машин, из которых наиболее распространенными являются одно– и многоковшовые экскаваторы, а также гидромеханическим способом. Сущность гидромеханизации заключается в том, что вода подводится к месту добычи грунта под давлением, создаваемым насосами, проходит через гидромонитор и, вылетая с большой скоростью из его насадки, производит размыв породы. Затем из смеси грунта с водой (пульпы) выделяется товарная продукция (песок или гравий). Песок и гравий в карьерах классифицируют по крупности зерен на несколько фракций.
Щебень получают дроблением горных пород, добываемых взрывным или другим способом.
Поскольку нерудные материалы, поступающие с карьеров, по крупности, зерновому составу, количеству примесей обычно непригодны для непосредственного использования в бетонах, необходима их переработка, включающая операции по дроблению, фракционированию, выработке мелких фракций, мойке, обогащению и складированию.
Дроблениюподвергаются зерна горной породы крупностью до 1200–1500 мм. Для сборного железобетона используется щебень крупностью 5—40 мм. Существующие конструкции дробильных установок не могут обеспечить измельчение кускового материала необходимых фракций при однократном прохождении, поэтому применяют двух– или трехступенчатые схемы дробления. Для дробления используют дробилки щековые, конусные, валковые и ударного действия (молотковые и роторные). Выбор схемы дробления и типа дробильного оборудования производят с учетом свойств исходного сырья и условий обеспечения максимального выхода качественного по размерам и форме заполнителя.
Эффективность работы дробильных агрегатов повышается при многоступенчатом дроблении с применением классификаторов, например виброгрохотов. Дробление нерудных материалов, как правило, производят в стационарных установках на заводе, однако в последнее время все большее применение находят передвижные дробильные установки.
Простейший вид классификации – грохочение; с его помощью производят разделение материала на фракции заданных размеров. На предприятиях нерудных строительных материалов широко применяют плоские вибрационные грохоты. Для получения чистых, свободных от примесей заполнителей окончательное грохочение совмещают с промывкой.
После дробления и грохочения в материале остаются загрязняющие примеси в виде глины, ила и др., ухудшающие качество заполнителя. Для промывкинерудных строительных материалов широко используют наклонные лопастные двухвальные корытные мойки, а также барабанные промывочные машины. Барабанные промывочные машины в зависимости от направления движения отработанной воды со шламом бывают прямоточные и противоточные. Более эффективны противоточные машины, они выдают чистый заполнитель различной степени крупности от мелкого до 350 мм. В последнее время получили распространение вибрационные промывочные машины как более эффективные, потребляющие относительно мало энергии и воды, и менее металлоемкие. Эффективен в работе также виброкаскадный промывочный грохот, который предназначен для промывки зерен крупностью до 100 мм с содержанием глины до 10 %.
Наряду с грохочением применяется более точная гидравлическая классификация.Из гравитационных наиболее совершенны вертикальные классификаторы с восходящей струей. Классификация осуществляется в две стадии. Сначала пульпа разделяется в обогатительной камере, где основная часть мелких фракций выносится в слив, а оседающие крупные зерна песка поступают в классификационную камеру, где происходит окончательное разделение гидросмеси. Частицы крупнее заданного размера оседают к разгрузочному устройству, а мелкие – восходящим потоком выносятся в слив. Центробежные классификаторы (гидроциклоны, центрифуги) используют для выделения и разделения из песка зерен крупностью 0,15—0,3 мм. Обезвоживаниенерудных материалов производят различными способами. Чаще применяют дренирование, широко используют для обезвоживания нерудных материалов сушку – естественную (в штабелях) или искусственную (в сушильных барабанах).
Операции по технологической переработке нерудных материалов одновременно способствуют их обогащениюи повышению качества, но существуют и специальные способы обогащения, рассчитанные на переработку особых видов сырья, например с высоким содержанием слабых пород, а также на получение специальных видов заполнителя, обогащение щебня в грануляторах, тяжелых средах и др.
Правильные условия складированиянерудных строительных материалов обеспечивают сохранность их высокого качества и уменьшают потери. По способу хранения склады различают: открытые – штабельные, штабельно-траншейные, штабельно-эстакадные; закрытые – полу бункерные, бункерные и силосные. Заполнители хранятся раздельно по видам, фракциям и сортам.
Массивные изверженные горные породы разрабатывают, как правило, взрывом. При отделении глыб слоистых, трещиноватых, столбчатых пород применяют механические средства (клинья, механические лопаты и др.). Мягкие породы (известковые туфы и др.) добывают путем распиловки массива камнерезной машиной на блоки определенных размеров и правильной геометрической формы. При разработке месторождений некоторых разновидностей гранитов, туфов, мраморов (в открытых выработках) на штучный камень, плиты, блоки и т. д. применяют также способ распиловки породы механическими пилами.
