Полезные ископаемые, используемые для производства нерудных строительных материалов

Верхняя твердая оболочка Земли образована горными породами. Горная порода — это минеральная масса более или менее постоянного состава и структуры, которая образует самостоятельные геологические тела, слагающие земную кору.

Минерал – природное химическое соединение, приблизительно однородное по химическому составу и физическим свойствам, образующееся в результате физико-химических процессов, совершающихся в земной коре.

Природные минеральные образования в земной коре, которые могут быть использованы в народном хозяйстве, называют полезными ископаемыми. К ним относятся уголь, руды, нерудные каменные материалы.

Нерудные каменные материалы по геологическому происхождению (способу образования в земной коре) делят на три основные группы, каждая из которых содержит большое количество различных видов:

изверженные (магматические): граниты, сиениты, диориты, габро, диабазы, базальты, андезиты;

осадочные: известняки, доломиты, магнезиты, гипсы, песок, гравий, глины, валуны, песчаники, конгломераты, мел, ракушечники, диатомиты;

метаморфические: кварциты, слюдяные сланцы, мраморы, гнейсы.

Изверженные породы часто называют первичными, т. е. образовавшимися ранее других пород в результате застывания и кристаллизации магмы. Эти породы имеют в большинстве случаев монолитное строение.

Осадочные породы (вторичные) образовались позднее изверженных путем осаждения минеральных и органических веществ и последующего их уплотнения и изменения.

Метаморфические породы образовались путем глубоких преобразований из изверженных или осадочных пород в толще земной коры под действием повышенных температуры, давления и химических воздействий флюидов (летучих компонентов магмы). Метаморфические породы иногда называют кристаллическими сланцами.

В производстве строительных материалов используют граниты, известняки, гравий и песок (гравийно-песчаные смеси).

Гранит состоит из полевого шпата (40...70%), кварца (20...40%), слюды (5...20%) и других минералов. Зерна этих минералов связаны между собой без какого-либо цементирующего вещества, причем сила сцепления настолько велика, что она обычно превышает прочность самих зерен, поэтому излом камней происходит не по границам между зернами, а по самим зернам. Из перечисленных выше материалов гранит наиболее прочный и стойкий материал против физико-химического разрушения.

Известняк состоит главным образом из минерала кальцита (СаСО3). Он менее прочен, чем гранит.

Гравий — окатанные обломки изверженных или осадочных горных пород размером 5...70 мм, образовавшиеся путем природного разрушения. Зерна гравия различной прочности.

Песок — мелкообломочная рыхлая горная порода, состоящая из зерен (песчинок) кварца и других минералов размером 0,1...5 мм. Содержит примесь пылеватых и глинистых частиц.

Добыче полезных ископаемых предшествуют геологоразведочные работы. Обнаружив месторождение полезного ископаемого, определяют его запасы, глубину залегания, положение в пространстве и способ его добычи. Способ добычи зависит от глубины залегания полезного ископаемого.

Полезные ископаемые, которые находятся на поверхности земли или на небольшой глубине, добывают открытым способом; залегающие на большой глубине — подземным. При наклонном расположении пласта полезного ископаемого применяют комбинированный способ: сначала разработку ведут открытым способом, а затем подземным.

Нерудные каменные материалы обычно добывают открытым способом в карьерах. Карьеры — это открытые разработки месторождений камня, гравия, песка со всеми устройствами и приспособлениями для добычи. Разработку каменных месторождений начинают с вскрышных работ, т. е. удаления пустой породы (грунта), покрывающей камень. При небольшом слое пустую породу удаляют преимущественно бульдозерами и реже скреперами, которые перемещают ее в отвал, при большом слое — многоковшовыми роторными экскаваторами, которые подают породу на конвейер, а тот транспортирует ее в отвал.

Добыча камня в карьере складывается из трех основных операций: бурение скважин, раскол камня путем взрывания, погрузка камня в транспортные средства и отправка его на дальнейшую переработку.

Цель бурения — образование в камне скважин, куда закладывают взрывчатое вещество. Чем сильнее должен быть взрыв, тем глубже делают скважину. Скважины глубиной до 5 м бурят бурильными молотками, глубиной до 15 м — с помощью ударных бурильных станков. Взрыв — процесс освобождения большого количества энергии в ограниченном объеме за короткий промежуток времени. В результате взрыва взрывчатое вещество, заполняющее объем, превращается в сильно нагретый газ с очень высоким давлением. Стремясь расшириться, газ разрывает окружающую его оболочку (в данном случае камень) В зависимости от скорости образования газов взрывчатые вещества подразделяют на медленно- (порох), средне- (динамит, аммонал) и быстровзрывающиеся (пироксилин). В карьерах, как правило, применяют динамит и аммонал.

Взорванный камень экскаваторами грузят в автосамосвалы и направляют на предприятия для переработки его в щебень. Иногда взорванный камень для удобства транспортирования дробят непосредственно в карьере и далее по конвейеру (длина которого нередко достигает нескольких километров) направляют для дальнейшей переработки на предприятие.