Добыча полезных ископаемых

Добыча полезных ископаемых осуществляется главным образом открытым способом в карьерах экскаваторами, камнерезными машинами, гидромеханическим способом, взрывным способом и так далее.
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, получили название выработок, разрабатываемые месторождения — карьеров.

Добычу природных каменных материалов осуществляют главным образом открытым способом (рис. 1). Разработку горных пород в карьерах ведут экскаваторами, гидромеханическим способом, камнерезными машинами, взрывным способом и т. д. Современные способы добычи основаны на широкой механизации всех производственных операций.

Выбор способа добычи природных каменных материалов зависит от вида горной породы, глубины и условий ее залегания, твердости и др. Рыхлые горные породы — песок, гравий, глину — добывают открытым способом с помощью различных машин, из которых наиболее распространенными являются одно- и многоковшовые экскаваторы, а также с помощью гидромеханизации.

Рисунок-1. Карьер:

1 — экскаваторы; 2— вскрыша
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 (рис. 2). Затем из смеси грунта с водой (пульпы) выделяется товарная продукция (песок или гравий).

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

Рисунок-2. Добыча нерудных материалов гидромониторами:

а)-встречным забоем; б-попутным забоем; 1-землесосная станция; 2- пульповодная канавка; 3- забой; 4-гидромонитор; 5-приемное устройство насосной

станции.

Дробление горных пород

Дроблению подвергаются 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.

Рисунок-3. Схема многоступенчатого дробления:

1-щековая дробилка; 2-транспортер; 3- грохот; 4-бункер; 5-автосамосвал; 6-вальцовая дробилка.

Эффективность работы дробильных агрегатов повышается при многоступенчатом дроблении с применением классификаторов, например виброгрохотов (рис. 3). 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.

Рисунок-4. Принципиальные схемы работы промывочных барабанов :

а-прямоточного барабана; б-противоточного барабана; в-противоточного барабана с внутренней подпорной стенкой.

Для промывки нерудных 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 (рис. 4).

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 а также менее металлоемкие.

Эффективен в работе также виброкаскадный промывочный грохот (рис. 5), 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.

Рисунок-5. Виброкаскадный промывочный грохот:

1 — короб грохота; 2 — клиноременная передача;3 — электродвигатель;4—вибратор;5—сита;6—подвесноеустройство; 7 — труба для подвода воды

Классификация осуществляется в две стадии. Сначала пульпа разделяется в обогатительной камере (рис. 6), где основная часть мелких фракций выносится в слив, а оседающие крупные зерна песка поступают в классификационную камеру, где происходит окончательное разделение гидросмеси.

Рисунок-6.Гидравлический классификатор с восходящей струей воды:

1- питающий патрубок; 2-разгрузочный патрубок; 3-сборник крупной фракции; 4-классификационная камера; 5-водный коллектор; 6-дифузор; 7-обогатительная камера; 8-сливная труба.

Частицы крупнее заданного размера оседают к разгрузочному устройству, а мелкие — восходящим потоком выносятся в слив. Центробежные классификаторы (гидроциклоны, центрифуги) используют для выделения из песка и разделения зерен крупностью 0,15…0,3 мм.

Разработка полезных ископаемых

Обезвоживание нерудных 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 обогащению и 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 промывочных барабанов:заполнителя,обогащение в грануляторах,тяжелых средах и др.

Правильные условия складирования нерудных строительных материалов обеспечивают сохранность их высокого качества и уменьшают потери.
По способу хранения склады различают: открытые — штабельные, штабельно-траншейные,штабельно-эстакадные;закрытые — полубункерные, бункерные и силосные. Заполнители хранятся раздельно по видам, фракциям и сортам.

Камнерезная машина

Массивные изверженные горные породы разрабатывают, как правило взрывом. При отделении глыб слоистых, трещиноватых, столбчатых пород применяют механические средства ( клинья, механические лопаты и другие). Мягкие породы ( известковые туфы и другие) добывают путем распиловки массива камнерезной машиной на блоки определенных размеров и правильной геометрической формы.

Читай также обработка природного камня

При разработки месторождений некоторых разновидностей гранитов , туфов, мраморов( в открытых выработках) на штучный камень, плиты, блоки и т.д. применяют также способ распиловки породы механическими пилами. На рисунке-7 показаны современные машины применяемые при разработке мрамора, мраморовидных известнякрв, известняков -ракушечников и других горных пород прочностью 3…180 МПа. Конструкция машины СМ-428 позволяет подрезать участки выветренной зоны горизонтальной фрезой, подрезать блоки сечением 1000 х 1000 мм произвольной длины горизонтальной и вертикальной фрезами.

Рисунок-7. Машины для разработки и обработки горных пород, камнерезные машины:

1-СМ-428; 2-СМ-177А; 3-КМАЗ-188; 4-фрезерный станок ЛТ-2.

Камнерезную машину СМ-177А применяют для вырезки непосредственно из горного массива блоков мрамора и других горных пород прочностью 5…180 МПа. Конструкция этой машины позволяет выполнять операции по проходке продольных и поперечных траншей, прорезке поперечных рядов на глубину блока, подрезке блока снизу  и окончательной отрезке от массива.

Можно получить максимальный размер блока 1000 х 1000 мм при произвольной длине. Камнерезная машина КМАЗ-188 предназначена для вырезки штучного камня в подземных условиях, в забоях небольшого сечения( ширина 2880 мм и высота 2330 мм). а также в шахтах большого сечения и открытых разработках.

Управление машины кнопочное с пульта управления электромагнитной станции, установленной на машине. Эту машину применяют для вырезки камня ракушечника  прочностью до 3 МПа, размерами 19 х 24 х 49 и 19 х 19 х 39 см. Для обработки камня из пород прочностью до 40 МПа применяют фрезерный станок ЛТ-2, на котором можно обрабатывать камни длиной до 480 мм и высотой до 400 мм.

В зависимости от способа изготовления изделий материалы из природного камня делят на следующие виды : пиленные-получаемые из массива камнерезными или камнекольными машинами ( блоки-полуфабрикаты, крупные камни); пиленые-из блоков-полуфабрикатов с последующей обработкой ( облицовочные плиты, цельные ступени, подоконные доски и т.п.).

Колотые — раскалыванием блоков с последующей обработкой (плиты и камни тесаные, бортовой камень, брусчатка и т.п.); грубоколотые — направленным раскалыванием блоков без последующей обработки (постелистый камень); рваные — взрыванием горной породы и отделением мелких фракций (бутовый камень); дробленые — дроблением горной породы с последующим разделением на фракции (щебень, песок искусственный); молотые — помолом горной породы (молотый минеральный порошок, каменная мука).

По характеру обработки поверхности камня, получаемого раскалыванием, различают следующие фактуры: «скала», рифленую, бороздчатую и точеную.
При обработке камня абразивами получают следующие фактуры: шлифованную, имеющую мелкошероховатую поверхность, лощеную гладкую, бархатисто-матовую поверхность с выявленным рисунком камня, зеркальную с гладкой поверхностью и зеркальным блеском.

Готовые изделия при перевозке следует предохранять от загрязнения и повреждений. Блоки для распиливания, крупные стеновые блоки, бортовые камни можно перевозить 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.