Технология производства строительных материалов

Параллельные  полосы, на которые для разработки разделяют уступ по ширине, разрабатываемые  каждая при неизменном для нее  положении транспортного забойного  пути, называют заходками.

Подготовленная  для разработки часть заходки по ее длине называется фронтом работ уступа.

Угол, образованный линией откоса борта карьера с  проекцией этой линии на горизонтальную плоскость, называется углом откоса. [4]

 

Подготовительные и вскрышные  работы в глиняном карьере

Технология  подготовительных и вскрышных работ  включает две операции: вскрышные  работы (рис. 1, а) и расчистку поверхности от кустарников, деревьев, пней (рис. 1, б).

В состав вскрышных  пород входит растительный слой, подзол, а также наслоение песка с  каменистыми включениями.

Поверхность следует  расчищать за один-два года до начала разработки карьера, для того чтобы  корни растений успели сгнить, что  значительно облегчает вскрышные  работы. Обычно для очистки поверхности  применяют кусторезы, корчеватели  и рыхлители.

Серийно изготовляют  кусторезы, применяемые как навесное оборудование к трактору. Рабочий  орган кустореза представляет собой  клинообразный отвал, заканчивающийся  в нижней части режущими ножами. При погружении отвала в грунт  эти ножи срезают деревья и кустарники, а затем укладывают по обе стороны от полосы проходки машины.

Для корчевания крупных пней, валки деревьев диаметром  до 35 см, срезки кустарников и рыхления почвы применяют навесные корчеватели, которые снабжены приспособлениями для вытаскивания корней из земли.

С помощью бульдозера можно удалять растительный слой, корчевать пни и валить деревья.

 

Рисунок 1 - Схема ведения подготовительных работ на карьере: а — производство вскрышных работ бульдозером, б — расчистка поверхности от пней и кустарников корчевателем; 1, 2 — глина, 3 — песок, 4 — вскрышный слой, 5 — подошва забоя

 

Рыхлят глину  для защиты от промерзания и естественной просушки прицепными и навесными  рыхлителями.

Как правило, вскрышные  работы проводят бульдозерами и скреперами.[4]

 

Разработка глин в карьере

Глину в карьерах разрабатывают валовым и селективным  методами. При валовой разработке глину добывают одновременно из нескольких пластов. Селективная разработка заключается  в раздельной выемке пластов глин.

Выбор механизмов для добычи глин зависит от геологических  условий, физико-механических свойств  добываемого сырья и способа  его выемки. Наибольшее применение для разработки глин нашли многоковшовые (рис. 2, а), одноковшовые (рис. 2, б) и роторные (рис. 2, в) экскаваторы.

Многоковшовые экскаваторы наиболее эффективны для  разработки глин валовым методом.

Многоковшовым экскаватором разрабатывают забои, расположенные со стороны откоса уступа. В процессе черпания глин экскаватор передвигается вдоль уступа. Фронт  работ принимается прямолинейным с выдержанной мощностью разрабатываемой толщи и с относительно постоянной длиной.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 (слева) - Разработка глины: а —многоковшовым экскаватором, б — одноковшовым экскаватором, в — роторным экскаватором

 

Многоковшовые экскаваторы могут работать веерным (радиальным) и параллельным способами  резания как верхним, так и  нижним черпанием (рис. 3, а, б, в).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 (справа) - Схемы резания глин многоковшовым экскаватором: а — параллельное при верхнем черпании, б — параллельное при нижнем черпании, в — веерное при нижнем черпании

 

Способом радиального  резания (только при нижнем черпании) разрабатывают месторождения однородных по составу глин, не требующих перемешивания  отдельных слоев во время добычи. Способом параллельного резания  вырабатывают одновременно все слои, что позволяет при одинаковой мощности слоев по всему фронту карьера  получать однородную смесь глинистого сырья.

 

Добыча глины роторным экскаватором

Различают работу экскаватора с черпанием из глубины  выемки и черпанием с верха  откоса.

При черпании глины  из глубины выемки экскаватор располагается  на поверхности уступа над разрабатываемыми глинами. Ковшовая рама устанавливается  под некоторым углом к уступу.

При радиальном черпании экскаватор, находящийся на краю забоя, черпает глину с его  склона во время передвижения взад и вперед вдоль забоя. Ковши срезают  небольшой слой глины (5—6 см) по всей длине уступа, а затем ковшовая рама опускается в глубь забоя на величину, равную толщине срезаемого слоя. Перемещение рамы вниз происходит за счет вращения вокруг шарнирной оси.

После того как  угол наклона поверхности забоя  доходит до установленного предела, экскаватор перемещается на следующую  стоянку.

При радиальном перемещении рамы черпание происходит не по всей длине ковшовой рамы. Этот способ используют при наличии однородного  сырья и не применяют при разработке забоя, сложенного разнородными слоями глины.

Работа с  нижним черпанием более производительна, чем с верхним, так как коэффициент  наполнения ковша в первом случае на 15—20% выше.

При параллельном черпании угол наклона ковшовой рамы соответствует предельному углу откоса забоя. Черпание происходит одновременно по всей толщине ископаемого. Для  работы экскаватора по этому методу между рабочей частью и плечом рамы вставляется промежуточное  звено, представляющее собой отрезок  ковшовой рамы.

Одноковшовые  экскаваторы применяют чаще всего  в карьерах, где глина однородна  по всей глубине залегания пласта. Экскаватор черпает глину ковшом емкостью от 0,5 до 2 мм и передает ее в транспортные средства. При использовании конвейерного транспорта глину грузят на конвейеры через погрузочные бункера, емкость которых должна быть не менее 1,5—2-кратной емкости ковша экскаватора.

Роторные экскаваторы  чаще всего применяют при селективной  добыче глин.

Разработку  глины ведут сверху вниз. При вращении роторного колеса ковши входят в  слой глины и отделяют полоску (стружку) глины. В зависимости от плотности  глин толщина стружки может быть 50—200 мм.

Последовательно обрабатывая каждый слой, роторное колесо опускается до подошвы уступа, т. е. на его полную мощность.

Забой роторного  экскаватора может быть расположен с торца уступа (чаще всего) или  со стороны откоса уступа.

Выемка глин роторным экскаватором осуществляется вертикальными и горизонтальными  стружками. При валовой разработке и селективной выемке глин применяют  разработку вертикальными стружками, а отработку забоя и зачистку подошвы забоя — горизонтальными стружками (рис. 4). Добытая глина поступает на ленточный конвейер и последним подается в транспортные средства.

На многих карьерах применяют малолитражные роторные экскаваторы, имеющие высоту черпания 5—7,5 м, что позволяет производить  одноуступную разработку глин.

Если роторные экскаваторы имеют специальную  транспортерную ленту, ими можно  разрабатывать глины зимой.

Роторные экскаваторы  обладают более высокой производительностью  по сравнению с многоковшовыми и одноковшовыми.

 

Рисунок 4 - Разработка роторным экскаватором пластов горизонтальными слоями

 

В процессе эксплуатации месторождения необходимо постоянно  следить за состоянием откосов, чтобы  вовремя предупредить самообрушение пород. Необходимо наблюдать за появлением различных прослоек среди глин, так как они могут служить причиной нарушений устойчивости откосов.

Наблюдения  ведут также за изменением угла откосов, появлением на откосах трещин и вздутий. Постоянно фиксируют состояние  грунтовых вод, чтобы принять  меры для своевременного их отвода. [4]

2. Добыча  песка

 

Песок добывают двумя способами: открытым в карьерах и гидронамывом.

Карьерный способ наиболее распространен. Песок добывают непосредственно с земной поверхности. Перед разработкой карьера предварительно производят геологические работы для определения мощности залегания песка, его запасов, делают химический и петрографический анализы. На основании проведенных работы составляют заключение на пригодность данного месторождения песка для производства из него изделий. Карьер разрабатывают по плану горных работ. Перед добычей производят подготовительные и вскрышные работы. Площадь разработки освобождают от растительности, устраивают подъездные пути к карьеру. При вскрышных работах удаляют бульдозерами или скреперами растительный слой, почку, глину. Пустую породу транспортируют в отвал.[5]

Песчаный карьер в зависимости  от его мощности разрабатывают горизонтальными  слоями, уступами. Чем больше мощность карьера, тем больше уступов. Каждый уступ 1, 2 (рис. 5) разрабатывают раздельно. Место, где непосредственно добывают песок, называют забоем. При добыче песка используют одноковшовые экскаваторы, оборудованные прямой либо обратной лопатой, драглайном, грейфером (рис. 6).

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5 - Схема разработки карьера: 1- первый уступ (пустая порода), 2 – второй уступ (песок)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6 – Схемы рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов: а – с прямой лопатой, б – с драглайном, в – с грейфером: 1 – лебедка, 2 – барабан лебедки, 3 – канаты, 4 – скоба, 5 – ковш, 6 – стрела, 7 – тяга, 8 – челюсти ковша.

 

Экскаватор выполняет  следующие работы: отрывает работу и наполняет ковш, перемещает его  к месту разгрузки в транспортные средства, разгружает ковш и возвращается в исходное положение. Преимущества одноковшовых экскаваторов – отсутствие необходимости прокладки для  них рельсовых путей, маневренность  и подвижность. Выбор типа ковша  экскаватора зависит от способа  погрузочных работ. При нижней погрузке, когда транспортный путь и экскаватор находятся на уровне подошвы уступу, используют прямую лопату; при верхней погрузке, когда транспортный путь и экскаватор находятся на верхней площадке уступа, - обратную лопату или драглайн. В этом случае экскаватор черпает песок с низа уступа и поднимает ковш на себя.

После выработки карьера  проводят комплекс инженерно-технических, мелиоративных, агротехнических, агрономических и других мероприятий по восстановлению биологической продуктивности земель – рекультивацию.

Способ  гидронамыва, основанный на свойстве водного потока перемещать песок, все чаще используют на заводах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7 – Схема земснаряда

 

Песок с помощью земснаряда намывают в карты, расположенные  вблизи приемных бункеров. Карты намыва снабжают постоянными транспортными  подъездами, что удешевляет подачу песка. Песок подают в карты по трубопроводам на значительные расстояния. В картах песок высушивают с помощью  отстойников, колодцев, канав для  стока воды. К разработке карты  можно приступать ориентировано  через два месяца после вылеживания  песка.

Этот способ проще, чем  карьерный, и отличается низкой стоимостью и возможностью лучше использовать запасы песка по всей толщине залегания, в том числе и в той части, которая находится ниже уровня грунтовых  вод. При этом резко снижаются  затраты на рекультивацию. Однако качество намытого песка ниже, так как он состоит из зерен окатанной формы  и не содержит глинистых веществ. Кроме того, при гидронамыве необходимо перемещать значительные объемы воды, что вызывает большой расход электроэнергии.

От места добычи до завода песок привозят авто-, рельсовым  транспортом или ленточными конвейерами. Выбор вида транспорта зависит от расстояния между карьером и приемным устройством завода, от рельефа местности  и климатических условий.[5]

 

 

3. Производство  природных каменных материалов (гравия, щебня)

 

Технология производства природных каменных материалов определяется их особенностями, свойствами горной породы, условиями ее залегания. Месторождение, подготовленное к разработке пород, называется карьером. Подготовка месторождения  начинается с удаления верхних вскрышных  пород и обнажения полезного  ископаемого. Карьеры разрабатывают  одним (или несколькими) уступами, высота которых не превышает 20 м. [6]

Наиболее массовой продукцией являются дробленые камни скальных пород. Его производят с помощью буровзрывных работ, связанных с бурением шпуров диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м) или скважин (диаметром до 300 мм и глубиной более 5 м), расположенных вдоль фронта выступления; размещением в них взрывчатых веществ (аммонита, аммиачной селитры, аммонала т.п.) и отделением с помощью взрыва кусков породы, которые затем поступают на дробление.