Кам'яні матеріали та способи їх розробки
У дорожньому будівництві широко застосовують кам'яні матеріали (щебінь, гравій, пісок). Вони використовуються при виготовленні асфальтобетонних і цементобетонних сумішей, а також для влаштування дорожніх підстав.
Щебінь отримують шляхом дроблення твердих гірських порід магматичного (граніт, сієніт, діорит, габро, кварцові порфіри, діабази, базальти та ін.), Осадового (вапняки, доломіт, пісковики) і метаморфічного (гнейси, кварцити, мармур) походження.
Гравій являє собою зерна окатанной форми розміром 3 (5) -70 мм, що утворилися в результаті природного руйнування гірських порід. Зерна розміром 70-150 мм називають великим гравієм, а крупніше 150 мм - валунами.
Гравій являє собою зерна окатанной форми розміром 3 (5) -70 мм, що утворилися в результаті природного руйнування гірських порід. Зерна розміром 70-150 мм називають великим гравієм, а крупніше 150 мм - валунами.
Пісок для будівельних робіт застосовують природний (природний) і штучний. Природний пісок (гірський і річковий) являє собою суміш зерен розміром до 5 мм.
Природні кам'яні будівельні матеріали отримують з скельних гірських порід шляхом механічної переробки.
Скельні гірські породи як вихідна сировина для виготовлення кам'яних матеріалів володіють вже в початковому стані поруч необхідних фізико-механічних і технологічних властивостей. Кам'яні матеріали, отримані при переробці скельних порід, використовують при будівництві штучних споруд, пристрої дорожнього одягу, дренажних і укріплювальних роботах, приготуванні цементо- і асфальтобетонних сумішей і т. Д.
Природні кам'яні матеріали, будучи продуктом механічної переробки та обробки скельних порід, відрізняються від останніх тим, що мають певну форму і розмір. Тому їх властивості залежать як від якості вихідної породи, так і від розмірів і форми шматків.
Якість скельних гірських порід визначається мінералогічним складом, структурою, текстурою, свіжістю породи і характером окремо-стей, форма і розмір яких значною мірою обумовлені природними тріщинами.
При вирішенні питання, для якої продукції найбільш раціонально використовувати гірську породу, головне значення набувають її технологічні властивості: Бурим, раскаливаемості, дробильність, поліруємо-ність. Крім цього дуже важливо мати відомості про енергоємності процесу переробки, якість отриманої напівфабрикату (або матеріалу), можливих деформаціях отдельностей породи (порушення кристалізаційних зв'язків, утворення мікротріщин, смятие ділянок поверхні та ін.), А також про кількість одержуваних відходів.
Бурим - руйнування гірської породи в процесі буріння певними буровими інструментами. Вимірюється в сантиметрах (міліметрах) проходу шпуру за одну хвилину буріння в стандартних умовах або часом в хвилинах, яке необхідно для проходу одного погонного метра шпуру в стандартних умовах.
Раскаливаемості породи визначають випробуванням її стандартним навантаженням на гідравлічному пресі. Раскаливаемості ударної навантаженням визначають на Каменекольні машинах. При визначенні раскаливаемості-сти враховують характер площині розколу і її шорсткість, величину зони зминання, форму ребер та ін.
Міцність - властивість гірської породи чинити опір руйнуванню під дією внутрішніх напружень, що виникають в результаті дії навантаження.
Твердість - здатність породи чинити опір зовнішнім впливам, проникненню в неї твердих тіл.
Абразивність гірських порід - здатність зношувати при терті інші тверді тіла. Вона оцінюється величиною зносу матеріалу, яка має контакт з породою.
Дробильність породи визначають пробним дробленням породи в каменедробарку в стандартних умовах (тип дробарки, режим дроблення, величина шматків гірської породи). При випробуванні визначають енергоємність процесу дроблення, якість одержуваного щебеню і кількість відходів (зім'ятого матеріалу).
Вибуховості - відносне опір гірської породи руйнуванню при вибуховий отбойке (обробці), яку визначають кількістю витрачається вибухової речовини в кілограмах або шпурів в погонних метрах на один кубічний метр породи в масиві.
Поліруемость - здатність гірської породи утворювати після попередньої підготовки і наступного полірування гладку дзеркальну поверхню. Поліруемость визначають пробним випробуванням на полірувальних верстатах в стандартних умовах.
Склад, фізичні, механічні та хімічні властивості визначають в дорожніх лабораторіях відповідно до державних стандартів на випробування кам'яних матеріалів.
Фізичні властивості гірських порід визначаються питомою вагою, об'ємною масою, пористістю, смачиваемостью, Водопоглощаемость, водонасищаемостью, морозостійкістю і т. П.
Гірські породи, придатні для виготовлення кам'яних матеріалів, називаються корисними копалинами. Породи в родовищі, які не можуть бути використані для зазначеної мети, називають порожньою породою.
Весь комплекс робіт, пов'язаний з видобутком корисних копалин, називають гірничими роботами. Порожні простору, що утворюються в процесі видобутку корисних шару, називають виробками.
Розробляються родовища прийнято називати кар'єрами. Розрізняють кар'єри кам'яних родовищ, в яких розробляють суцільні, масивні гірські породи (граніти, пісковики, вапняки), і кар'єри пухких порід (валунний камінь, гравій, пісок).
Залежно від умов залягання розробка гірської породи може бути відкритою, т. Е. У відкритих виробках, рідше підземної (наприклад, розробка штольнями черепашкових вапняків) або підводного, коли порода залягає під водою, порівняно неглибоко від поверхні води (видобуток річкового піску і гравію з дна річок, озер).
При відкритому способі розробки породи характер гірських робіт в значній мірі залежить від розташування породи, яка може залягати горизонтально або мати круте або пологе падіння. У таких випадках порода може залягати вище, на рівні або нижче денної поверхні. Зазвичай корисні верстви покриті рослинним шаром грунту і шаром наносів (порожній) породи.
Вихід порід на денну поверхню (оголення) спостерігається на схилах долин, балок, берегів річок і т. Д. Для відкритих робіт найбільш зручні виходи гірських порід на схилах, так як в цьому випадку буває мала розкрив, легше переміщати видобуту породу вниз, а також немає труднощів з відведенням атмосферної та ґрунтової води.
При виборі способу розробки родовищ враховують умови залягання породи, однорідність, її якість, наявність і характер розташування тріщин і ін. Для вирішення питання про вид кам'яних матеріалів, які можна виготовляти в кар'єрі, особливу увагу звертають на технологічні властивості породи, її міцність, твердість, крихкість і структурно-текстурні особливості.
Розробка родовища включає в себе наступні основні процеси: - планування місцевості і відведення атмосферних і талих вод; - розкривні роботи (оголення корисної породи); - розробку і видалення на спеціально відведені майданчики дресвяного (сильно вивітреного) шару; - відділення корисного шару від гірського масиву і попереднє його розпушування для підготовки до виемочнопогрузочним робіт; - транспортування гірської маси до місця її переробки;
дроблення і сортування кам'яного матеріалу.
Відділення корисного шару від масиву і попереднє розпушування гірничої маси здійснюється за допомогою буропідривних робіт, які поділяються на первинні та вторинні. При проведенні первинних буропідривних робіт відбувається відділення корисного шару від масиву і його попереднє розпушування. Однак в розпушеному гірської маси зустрічаються великі шматки (негабарит), що перевершують за своїми розмірами розміри ковша екскаватора і приймального отвору дробарки.
Первинні буропідривні роботи в кар'єрах виробляють уступами висотою 15-20 м (рис. 3.1). Для освіти уступів в корисному шарі влаштовують резервну траншею таким чином, щоб кожна її сторона в майбутньому служила укосом наступного уступу.
Мал. 3.1. Елементи уступу:
1 - нижня площадка; 2 - укіс уступу; 3 - брівка уступу; 4 - свердловина; Н - висота уступу; ос - кут укосу уступу
Пошарове відділення гірської маси від масиву виробляють бурінням одного або декількох рядів свердловин (циліндричних заглиблень діаметром понад 75 мм і глибиною до 40 м залежно від висоти уступу), наступним заряджанням їх вибуховими речовинами (ВВ) і підриванням.
Вторинні буропідривні роботи виробляють для дроблення негабариту і при зачистці підошви уступів (рис. 3.2).
Мал. 3.2. Схема розбирання негабариту вибухом:
а - накладним зарядом; б-заряд в шпурі; 1 - негабарит; 2 - інертний матеріал; 3 - огнепроводящій шнур; 4 - капсуль-детонатор; 5 - детонує шнур; б-забойка; 7-заряд в шпурі
Вторинні буропідривні роботи виконують бурінням шпурів (циліндричних заглиблень діаметром до 75 мм і глибиною зазвичай не більше 5-7 м).
Бурові роботи здійснюють пневматичними перфораторами (бурильними молотками) і буровими верстатами.
Бурильні молотки застосовують для буріння шпурів, а верстати - для буріння свердловин.
Руйнують гірські породи при бурінні шпурів і свердловин механічними і фізико-хімічними методами. До механічних методів відносять ударно-поворотне, обертальний і ударно-обертальне буріння. Ударно-поворотне буріння виробляють інструментом, виконаним у вигляді клина, який впроваджується в породу під дією короткочасної ударного навантаження, спрямованої по осі свердловини. Після удару інструмент піднімається над дном свердловини, повертається на деякий кут і завдає удар за новим місцем в забої. Наступними ударами сколюють елементи породи в відкриту сторону. Відокремлену породу із забою видаляють. Ударно-поворотне буріння здійснюється перфораторами та верстатами ударно-канатного тиску.
Перфоратор являє собою бурильний молоток, який працює від стисненого повітря або рідини і забезпечений механізмом повороту бура. За умовами застосування і способу установки перфоратори поділяються на ручні, телескопні й колонкові. Перфоратор має циліндр, в якому під дією стисненого повітря, що надходить через повітророзподільний пристрій, енергія повітря перетворюється в зворотно-поступальний рух поршня-бойка. В кінці робочого ходу поршень-бойок вдаряє по хвостовику бура. Повітророзподільний пристрій може бути клапанним або золотниковим.
Перфоратор працює при номінальному робочому тиску = 0,5 МПа. При роботі перфоратора шпури очищають від бурової дрібниці стисненим віз-Духом або водою.
Простота конструкції, обслуговування і незалежність від джерел енергії привели до широкого поширення на кар'єрах будівельних матеріалів верстатів ударно-канатного дії.
Робочий процес такого верстата зводиться до періодичного підйому і опускання бурового снаряда, який при вільному падінні завдає удар по дну свердловини, руйнуючи породу. Маса бурового снаряда - 500-3000 кг; висота підйому - 0,6-1,2 м, частота ударів - до 60 в хвилину.
Найбільшого поширення набули машини обертального і ударно-обертального буріння. Обертальний буріння здійснюється шляхом застосування до бурового інструменту обертального моменту і осьового зусилля. Таке комплексне вплив на породу підвищує ефективність роботи машини.
Гідравлічний спосіб руйнування порід проводиться струменем води, що вилітає з сопла гідромонітора зі швидкістю 60 м / с при тиску 3 МПа. Цей спосіб використовують при розробці грунтів. Для руйнування скельних порід тиск в струмені має становити 50 МПа і більше.
Електрогідравлічний спосіб руйнування полягає в періодично повторюваних високовольтних розрядах між контактами розрядника в рідини.
При видобутку каменю вибуховим способом в гірській породі бурять ряд свердловин (шпурів), в які закладаються ВВ, і після ретельної закладення зверху породу підривають. Від миттєвого розкладання ВВ утворюється великий об'єм газів, під тиском яких порода розколюється. Ефект вибуху залежить від виду вибухової речовини, його кількості, розташування в породі.
За характером дії ВВ ділять на дві групи: метальні і брізантние (дроблять). Перші мають порівняно невеликою швидкістю поширення вибуху (300-400 м / с), внаслідок чого обсяг газу збільшується поступово. При застосуванні цих ВВ сильного дроблення гірської породи не відбувається, тому їх застосовують для отримання монолітів великих розмірів.
Бризантні ВВ характеризуються великою швидкістю поширення вибуху (4000-7000 м / с), миттєвим збільшенням обсягу газів (наприклад, амонал), в результаті чого відбувається дроблення гірської породи. Їх застосовують при видобутку рваного каменю, щебеню. Для отримання великої кількості каменю та щебеню іноді вдаються до масових вибухів породи великими зарядами.
Буропідривні роботи - досить трудомісткий і дорогий процес при видобутку корисних копалин. Це зумовлює необхідність підвищення продуктивності праці на основі досягнень науки і техніки в цій галузі і максимальної механізації.
Основа ефективної розробки скельних порід полягає в забезпеченні необхідного ступеня їх розпушення. Розрахункові параметри буровибухових робіт є орієнтовними і підлягають уточненню в виробничих умовах.
Дуже важливим для виробництва виймальних-навантажувальних робіт і подальшої переробки гірської маси на каменедробильних заводах (КДЗ) є допустимий лінійний розмір габаритного шматка:
по місткості ковша екскаватора (q, м3); Lr = fq;
по ширині стрічки конвеєра (В, мм); Lr = 0,5 В + 200 мм;
за розміром завантажувального отвору дробарки першого ступеня (А, мм); Lt = (0,78 -0,85) А.
Негабаритним вважається шматок, що перевищує зазначені габарити. Такі шматки подрібнюють в кар'єрі.
До атегорія: - Механізація на підприємствах