В данном материале мы постараемся подробно рассказать о том, как производится добыча щебня из плотных горных пород, какие существуют технологии и методики производства данного материала. Мы расскажем об основных способах добычи щебня, его переработки, а так же о механизированном оборудовании, применяемом для подобных работ. Изучим основные этапы технологического процесса добычи щебня, выясним, как его производят в Новгородской области.
Технология производства щебня
Прежде чем перейти к описанию этапов производства, следует отметить, что применение термина «добыча» применительно к щебню не вполне корректно. В отличие от песка и гравия, образующихся естественным путем, щебень создается искусственно. Добыче подлежит только исходное сырье — горная порода. Сам же щебень производится из нее на дробильно-сортировочном предприятии.
Процесс производства щебня включает следующие этапы:
- добыча породы;
- дробление;
- сортировка;
- постобработка.
Добыча горной породы
В качестве сырья для производства щебня применяются различные по свойствам горные породы (гранит, габбро, мрамор, амфиболит, известняк и другие), добываемые на карьерах открытым способом.
Щебень может производиться целенаправленно, либо являться побочным продуктом добычи других полезных ископаемых или изготовления различных изделий.
В первом случае материал отличается более высоким качеством, что соответственно увеличивает его стоимость. Однако, целенаправленное производство щебня не всегда целесообразно, что обусловлено свойствами исходной породы.
Например, известняк представляет собой достаточно мягкую горную породу, не отличающуюся высокой прочностью и способную растворяться в воде при длительном контакте. Разработка отдельного карьера исключительно для производства щебня из него была бы нерациональной. По этой причине известняковые карьеры, как правило, занимаются в первую очередь производством извести и лишь во вторую известнякового щебня.
Аналогичная ситуация складывается с мраморным щебнем. Мрамор является хрупким материалом, добываемым максимально щадящим способом, поэтому затрачивать значительные ресурсы и средства только для последующего производства щебня нецелесообразно. Вместе с тем дробление негабаритных остатков и сколов, образующихся в процессе добычи мраморных блоков, позволяет получить дополнительный доход от их продажи.
Независимо от целей разработки карьера его предварительно необходимо подготовить: удалить дерн и траву, снять верхний слой грунта (вскрыша). После этого начинается основной этап добычи.
Выделяют четыре основных способа добычи породы:
- камнерезный;
- буроклиновой;
- бурогидроклиновой;
- взрывной.
Однако, не все из них применяются при целенаправленном производстве щебня. Для понимания причин этого следует рассмотреть каждый способ подробнее.
Камнерезный способ. Данный способ является наиболее производительным и одновременно наиболее дорогостоящим. Его суть заключается в отпиливании крупных блоков породы непосредственно в карьере с помощью специальных камнерезных машин. Применяются машины с дисковыми и канатными пилами, оснащенными алмазными насадками. Добываются преимущественно мягкие и средние породы, например известняк, ракушечник, мрамор, доломит.
Камнерезный способ позволяет получать блоки правильной формы и заданного размера. Кроме того, он обеспечивает сохранение свойств материала и предотвращает появление микротрещин. Данный способ незаменим в случаях, когда требуется сохранить целостность породы, например при производстве декоративных облицовочных плит.
При целенаправленной добыче сырья для производства щебня применение камнерезного способа экономически нецелесообразно, поскольку стоимость продукции оказывается неоправданно высокой. На щебень направляются только отходы камнерезной добычи, в частности сколотые плиты и негабаритные остатки. Такой щебень рассматривается как побочный продукт.
Буроклиновой метод. Данный способ относится к числу древнейших способов добычи породы и в настоящее время практически не применяется. Технология включает следующие операции: сначала намечается контур отделяемого блока, затем по линии планируемого скола пробуриваются отверстия (шпуры), в которые закладываются клинья. При ударе клинья отделяют блок породы по намеченной линии скола. Способ позволяет добывать даже твердые породы, не поддающиеся распиливанию, например гранит и габбро.
Преимуществом данной технологии является максимальное сохранение целостности плиты для последующего применения в облицовке, мозаике и декоративной отделке, что сближает ее с камнерезным способом.
К недостаткам относится пригодность способа только для откалывания небольших кусков породы, поскольку для массивных блоков обычных клиньев недостаточно. Кроме того, процесс отличается высокой продолжительностью. Указанные обстоятельства объясняют, почему буроклиновой способ редко используется при производстве щебня.
Бурогидроклиновой метод. Данный способ представляет собой более современный и технологичный аналог предыдущего метода. Суть его остается неизменной, однако, стальные клинья заменяются гидроклиньями, которые заполняются водой под давлением и постепенно расширяются, откалывая куски породы.
Способ позволяет откалывать очень крупные фрагменты породы и разрушать монолит в труднодоступных местах. Постепенное нарастание давления, а также отсутствие шума и вибраций обеспечивают максимальное сохранение структуры камня.
Вместе с тем гидромеханическое оборудование отличается высокой стоимостью (до нескольких миллионов рублей), при этом требуется наличие нескольких комплектов гидроклиньев. Кроме того, разрушение породы занимает продолжительное время. Указанные факторы делают применение бурогидроклиновой добычи невыгодным при производстве щебня.
Буровзрывной способ. Данная методика, именуемая также взрывной, активно применяется для добычи, как камня, так и руды с момента изобретения пороха.
В породе бурятся глубокие отверстия, в которые закладываются заряды взрывчатых веществ. При срабатывании взрывчатки откалывается значительное количество кусков породы. После взрыва наиболее крупные фрагменты собирают и перевозят к месту дальнейшей переработки.
Способ требует высокой точности на этапе подготовки, поскольку ошибка в расчетах местоположения и количества зарядов может привести к увеличению затрат. При избыточном количестве взрывчатки материал будет испорчен и непригоден к использованию; при недостаточном могут образоваться настолько крупные куски породы, что потребуется повторное взрывание.
Применение взрывного способа сопряжено с повышенной опасностью для рабочих: на время проведения взрыва весь карьер подлежит эвакуации.
Данный способ является наиболее дешевым, но одновременно и наиболее разрушительным. В результате взрыва порода крошится, и лишь около 70% полученного материала остается пригодным для последующего дробления, остальное идет в отсев. Кроме того, в структуре материала появляются микротрещины. Способ оказывает негативное воздействие и на экологию, поскольку в процессе в воздух поднимаются клубы пыли и дыма.
Вследствие дешевизны взрывной способ в настоящее время наиболее часто используется при производстве щебня.
Дробление
Независимо от способа добычи сырья, на следующем этапе оно поступает на завод для дальнейшего измельчения и сортировки. Полученная порода загружается в карьерные самосвалы, которые доставляют ее к приемочному бункеру завода. Оттуда камни подаются на питатели — специальные устройства, обеспечивающие равномерную подачу сырья на заводские установки. При производстве щебня, как правило, применяются пластинчатые и вибрационные питатели.
Исходные куски породы имеют размеры от 500 до 1200 мм, тогда как размер зерен в готовой партии щебня варьируется от 5 до 120 мм. В ходе дробления камни уменьшаются порой в сотни раз, что недостижимо за один подход. По этой причине дробление обычно осуществляется в 2–4 этапа.
В зависимости от размера камней на выходе выделяют следующие виды дробления:
- крупное (до 300 мм);
- среднее (до 100 мм);
- мелкое (до 40 мм).
На современных производствах дробление совмещается с грохочением, то есть сортировкой. Каждый этап дробления включает:
- предварительное грохочение, в ходе которого крупные куски породы отделяются от более мелких, не подвергаемых дроблению;
- собственно дробление.
Благодаря этому в дробилку попадают только те куски породы, которые действительно требуют измельчения на определенном этапе, поскольку прогонять через дробилку материал, уже соответствующий заданным размерам, нерационально.
В качестве примера целесообразно рассмотреть получение щебня фракции 5–20:
- Питатели подают породу на грохот, устройство для сортировки. На нем отделяются крупные куски размером более 200 мм, которые измельчаются в дробилке. После измельчения они вместе с остальной партией поступают на следующий этап дробления.
- На втором грохоте отделяются куски размером более 100 мм. Они также дробятся и вместе с остальными камнями поступают на третий этап дробления.
- На данном этапе отделяются куски размером более 40 мм. Они дробятся и вместе с остальной партией поступают на последний этап дробления.
- Затем отделяются зерна размером более 20 мм. После их измельчения готовая смесь направляется на товарную сортировку.
- От щебеночной смеси отделяется отсев (0–5), после чего партия щебня фракции 5–20 готова к продаже.
Указанный щебень может дополнительно рассеиваться на фракции 5–10, 10–15, 10–20 и 15–20.
Виды дробилок, применяемых при производстве щебня
- Щековые. Работают по принципу безударного раздавливания. Состоят из двух плит (щек), в пространство между которыми поступают камни. Затем щеки сближаются и крошат породу. Полученный продукт отличается крайней неоднородностью зернового состава. Щековые дробилки применяются на первой стадии дробления.
- Валковые. Работают по аналогичному принципу. Основу составляют два вала, расположенных горизонтально и параллельно друг другу. Валы вращаются в противоположных направлениях и раздавливают сырье, подаваемое между ними. Поверхность валов может быть гладкой, рифленой или зубчатой.
- Конусные. Отличаются более сложным устройством: представляют собой неподвижную коническую чашу, в которой расположен подвижный конус, направленный острием вверх. Измельчаемая порода подается в чашу через воронку. Подвижный конус совершает сложные возвратно-поступательные движения, периодически сближаясь с неподвижной частью и раздавливая попавшую между ними породу. Данный механизм отличается высокой производительностью и обычно используется для среднего и мелкого дробления.
- Роторные. Работают по принципу ударного воздействия. Представляют собой камеру, выложенную отбойными плитами, в центре которой расположен вращающийся ротор. На роторе крепятся сменные лопатки (била). Камни поступают в дробилку и многократно ударяются о била, отбойные плиты и друг о друга. Роторные дробилки производительны и отличаются высокой избирательностью дробления: большинство получаемых зерен (80–85%) имеют кубовидную форму.
- Молотковые. Имеют в целом ту же конструкцию, что и роторные, однако вместо бил используются молоточки на шарнирах. Применяются для измельчения мягких пород, например известняка.
- Центробежные. Представляют собой центрифугу, в которой камни на высокой скорости сталкиваются со стенками и друг с другом. За счет таких ударов порода раскалывается на более мелкие куски. Применяются для работы с небольшими кусками породы размером до 100 мм.
Наиболее часто используются щековые (крупное дробление) и конусные (среднее и мелкое дробление) устройства. Однако, в случаях, когда необходимо получить щебень с пониженной лещадностью (так называемый кубовидный щебень), применяются дробилки ударного действия — роторные, молотковые и центробежные.
Сортировка
Измельченная в дробилках порода поступает на грохоты — сортировочные вибрационные сита, получившие название за характерный шум, сопровождающий их работу. Сам процесс сортировки щебня именуется грохочением.
По функциональному назначению сортировка подразделяется на:
- предварительную — проводится перед дроблением для отделения материала, не требующего измельчения, а также некондиции;
- контрольную — выполняется после дробления, в ходе нее отделяются камни, требующие повторного измельчения;
- товарную — на данном этапе щебень делится на фракции для продажи.
Каждый грохот представляет собой систему сит с отверстиями различного диаметра: чем выше расположено сито, тем больше диаметр. Например, при производстве щебня фракции 5–20 используется грохот, у которого нижнее сито имеет отверстия диаметром 5 мм, а верхнее 20 мм.
Следует учитывать, что не все фракции могут производиться на одном и том же оборудовании. В частности, на грохоте, предназначенном для фракции 5–20, невозможно получить фракцию 5–10, поскольку для ее сортировки требуется сито с диаметром ячеек 10 мм.
По этой причине большинство производителей предлагают, либо одну, либо другую фракцию, но не обе одновременно. Существующие фракции щебня подразделяются на стандартные и нестандартные: первые востребованы и производятся крупными партиями, вторые отличаются специфичностью и выпускаются только на заказ.
В соответствии с ГОСТ 8267-93 («Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ») выделяются следующие стандартные фракции щебня:
3–8 (еврощебень);
5–10;
5–20;
10–20;
20–40;
25–60;
20–70;
40–70.
Фракция определяет сферу применения щебня. Еврощебень 3–8 используется при производстве асфальтовых покрытий повышенной гладкости. Фракции 5–10 и 5–20 применяются в качестве наполнителя различных асфальтовых и бетонных смесей. Фракции 20–40 и 40–70 пользуются повышенным спросом и применяются при строительстве дорог и фундаментов.
Наиболее специфичной является фракция 25–60, применяемая исключительно в сфере железнодорожного строительства, в частности для укладки балластного слоя щебня на железнодорожных путях.
К нестандартным относятся следующие фракции:
10–15;
15–20;
70–120 (80–120).
Мелкие фракции 10–15 и 15–20 используются для изготовления строительных смесей. Фракция 70–120 часто представляет собой закрупненный щебень 40–70: основная масса зерен имеет диаметр от 40 до 70 мм, однако, среди них встречаются крупные зерна диаметром вплоть до 120 мм. Щебень данной фракции применяется в строительстве и дизайнерских работах, в частности для отделки заборов, бассейнов, водоемов, а также при возведении фундамента.
Постобработка материала
Этап товарной сортировки завершает процесс производства щебня на карьере. Вместе с тем впоследствии материал может подвергаться дополнительной обработке на других предприятиях.
Выделяют следующие виды постобработки:
- промывка;
- пропитка битумом;
- окрашивание;
- шлифовка.
Промывка. В отдельных случаях возникает необходимость очистки щебня от посторонних включений — пыли и глинистых частиц. С этой целью материал промывается водой в специальных машинах. Щебень, обработанный таким образом, именуется мытым.
Для промывки щебня могут применяться различные установки:
- барабанный грохот (скруббер-бутара);
- корытная мойка;
- оросительный грохот.
Потребность в данной обработке возникает при высоком содержании пылевидных и глинистых частиц в исходном сырье. При их избыточном количестве снижается качество смесей, в состав которых входит щебень.
Вместе с тем промывка щебня представляет собой трудоемкий и дорогостоящий процесс, выполнение которого самостоятельно, как правило, невозможно. Кроме того, после промывки щебень требует дополнительной сушки. По этой причине мытый щебень производится достаточно редко и исключительно под конкретные задачи.
Пропитка битумом. Щебень, применяемый при строительстве дорог, может покрываться вяжущими веществами — битумом, битумной эмульсией или дегтем. Полученный в результате материал называется черным или битумным щебнем.
Производство осуществляется в асфальтосмесительных установках, в которые под высоким давлением подается горячая вяжущая смесь. Данный метод именуется методом смешения. Полученный таким образом битумный щебень имеет ограниченный срок использования, в связи с чем сразу доставляется к месту проведения работ.
Указанная обработка щебня существенно увеличивает его стоимость. По этой причине в дорожном строительстве чаще применяется другой метод пропитки: дорожная подушка укладывается из обычного щебня, после чего сверху разливается горячая эмульсия.
Данный метод значительно дешевле, однако, получаемый асфальт уступает по качеству варианту с использованием настоящего битумного щебня.
Окрашивание. Данный метод постобработки щебня применяется исключительно в декоративных целях. Полученный цветной щебень используется для оформления садовых дорожек и клумб, наполнения террариумов и аквариумов, создания мозаик и выполнения других дизайнерских работ.
Технология окрашивания щебня достаточно проста:
- На предприятии. Партия щебня и полимерная краска загружаются в бетономешалку. Смесь перемешивается до равномерного распределения краски по поверхности щебня. Затем окрашенный щебень высушивается в термической сушильной камере при температуре от 28 до 35 градусов.
- В домашних условиях. Щебень засыпается в емкость с плотно закрывающейся крышкой, как правило, ведро из-под краски или строительной смеси, после чего в нее заливается краска для наружных работ. Смесь перемешивается путем обычного встряхивания в течение 3–4 минут. При наличии в хозяйстве может использоваться бетономешалка. Далее щебень просушивается на сите с поддоном, на который стекает лишняя краска.
Цветной щебень производится относительно небольшими партиями на заказ. Окрашивание позволяет получить щебень ярких, нестандартных цветов. Вместе с тем его качество может существенно различаться у разных производителей.
Следует также учитывать, что даже качественная краска со временем тускнеет и откалывается. Кроме того, эксперименты с декорированием участка крашеным щебнем часто оказываются неудачными: вместо эффектных композиций получаются довольно непривлекательные и неестественные результаты.
Шлифовка. Шлифовка представляет собой механическую обработку щебня, в ходе которой сглаживается поверхность камня и его острые края. В результате получаются гладкие камни, напоминающие природную гальку. Данный метод обработки также именуется галтовкой, а получаемый щебень — отшлифованным или галтованным. Галтованный щебень имеет декоративное назначение и применяется в облицовочных работах и ландшафтном дизайне.
Обработка сырья осуществляется в специальной установке — галтовочном барабане, в который помещаются исходный материал и абразивы и заливается вода. Затем барабан приводится в движение. Шлифовка происходит за счет трения камней друг о друга и об абразивный наполнитель.
Длительность шлифовки зависит от твердости исходной породы: твердый гранит находится в барабане дольше, чем мрамор.
Галтовка представляет собой достаточно длительный процесс, к тому же стоимость готового продукта увеличивается в разы. По этой причине галтованный щебень производится в ограниченном количестве и по индивидуальным заказам.
На каждом этапе производства щебня существуют свои особенности, влияющие на свойства и стоимость конечного продукта. Сравнительно низкая себестоимость щебня обеспечивается преимущественно дешевым взрывным способом добычи сырья. От выбора оборудования на этапе дробления зависит лещадность щебня на выходе.
Существенное значение имеет этап сортировки, поскольку именно фракция щебня определяет сферу его применения. Наконец, постобработка позволяет получить щебень с принципиально новыми свойствами.
Производство щебня в Новгородской области
В Новгородской области разведаны и учтены балансом 8 месторождений карбонатных пород для производства строительного камня, 3 месторождения для обжига на известь и 7 месторождений для производства облицовочного камня. Крупнейшие из них Угловское, Заречье и Трубское сосредоточены в Окуловском муниципальном районе. Кроме того, в регионе имеются богатые залежи валунно-гравийных ископаемых, пригодных для производства щебня и гравия.
На базе карбонатных месторождений осуществляющий выпуск извести, известняковой муки и щебня для строительных работ. Активно разрабатывается Ново-Боровенковское месторождение (участок Западный-1) в Окуловском районе, где добывается известняковый щебень марок М400–600.
В Старорусском муниципальном районе разрабатывается участок карбонатных пород «Бурети» месторождения «Ильменское». Сырье используется для производства известняковой муки и щебня для автодорожного строительства.
На месторождении «Сутоки» добывается валунно-песчано-гравийный материал, который перерабатывается в различные нерудные компоненты. Аналогичным образом ведется работа на песчано-гравийно-валунном месторождении «Миголищи» в Хвойнинском районе.
Карьер «Маяки Южные» (Валдайский район) добывает и поставляет карьерный песок, песчано-гравийную смесь, гравийный щебень, гравий и щебеночно-песчаные смеси для дорожного строительства, отсыпки оснований и дренажных слоев.
Производственный процесс на предприятиях Новгородского региона включает стандартные этапы: добычу породы на карьерах открытым способом, дробление, сортировку на фракции, постобработку (при необходимости промывка, обогащение или иные виды обработки).
Часть предприятий работает с валунно-песчано-гравийным материалом, из которого получают гравийный щебень. Выпускается известняковый щебень из карбонатных пород. При этом более прочный щебень породы габбро для ремонта региональных дорог подрядчики доставляют из Карелии, поскольку в самой Новгородской области таких запасов недостаточно.
В Великом Новгороде и Новгородской области заказать гравийный щебень с доставкой или купить гранитный щебень можно в ГК «Земстрой-Н». В наличии на складе в городе имеется щебень различных видов и фракций. Дополнительно, мы всегда готовы проконсультировать вас по возможности применения щебня для конкретных работ на вашем участке, объекте. При необходимости сможем порекомендовать альтернативные материалы.
