روش های متداول استخراج سنگ ساختمانی، از گذشته تا کنون
مقدمه
در معادن سنگ های ساختمانی، بسته به شرایط از روش های مختلفی برای استخراج استفاده می شود که متداول ترین آن ها به شرح زیر است. هرچند روش های دیگری نیز وجود دارد.
- استخراج با سیم برش الماسه
- استخراج با ماشین اره زنجیری (هاواژ)
- استخراج به روش حفر چال موازی
- استخراج با سیم برش فولادی
استخراج سنگ ساختمانی نیاز به ماشین آلات، ابزار، دانش و نیروی انسانی آموزش دیده دارد. در ادامه به بررسی و مقایسه ی روش های چهار گانه پرداخته می شود.
استخراج سنگ ساختمانی با سیم برش الماسه:
دستگاه سیم برش الماسه شامل سیم الماسه ای به طول ۲۵ تا ۴۵ متر (حداکثر ۱۵۰ متر) است که به وسیله ی قرقره های راهنما، دور یک بلوک سنگ می چرخد تا برش ایجاد کند. برای این منظور ابتدا در یک وجه سنگ دو چال عمود برهم ایجاد می شود و سیم برش الماسه از درون چال ها عبور می کند. دستگاه برش در هنگام فرآیند برش بر روی ریل قرار دارد و با استفاده از تجهیرات الکترونیکی و هیدرولیکی به طور اتوماتیک بر روی ریل جابجا شده و با پیشروی عملیات برش، دستگاه نیز به عقب رانده می شود. نیروی کشش سیم حدود ۱۰۰ تا ۱۵۰ کیلوگرم است که به صورت ثابت حفظ می شود. دستگاه وینچ معمولاً در فاصله ۵ الی ۸ متری سینه کار قرار می گیرد. بدین ترتیب حدود ۱۵ متر از سیم الماسه آزاد بوده و دور بلوک سنگ مورد نظر می چرخد. مکانیزم دستگاه سیم برش الماسه طوری است که می توان با جابجایی و تغییر جهت محور وینچ از حالت افقی به عمودی، سنگ را به طور افقی و یا عمودی برش داد.
دستگاه سیم برش الماسه در استخراج سنگ ساختمانی
برش افقی یا اصطلاحا زیربُری بلوک سنگ زمانی باید انجام شود که برش عمودی کوه هنوز انجام نگرفته باشد زیرا در این صورت نه تنها فشار بسیار زیادی به سیم برش وارد می شود بلکه در انتهای برش افقی، امکان دارد بلوک سنگ از کوه جدا شده و تجهیرات برش را که در حالت افقی کار می کند له نماید.
پس از مرحله برش، برای جدا کردن بلوک بریده شده از سینه کار، از جک های هیدرولیکی و بالشتک های فشرده، استفاده می شود.
تجهیزات مورد استفاده در روش استخراج سنگ ساختمانی با سیم برش الماسه:
۱ـ دستگاه برش:
اجزاء دستگاه برش عبارتند از : موتور دستگاه – قرقره ها- ریل ها
2ـ سیم الماسه:
اجزا سیم الماسه عبارتند از: سگمنت الماسه (عملیات برش توسط آن ها انجام می شود)- فنر فولادی – رینگ فاصله (بوش)- رینگ ایمنی (به صورت که پس از هر ۵ سگمنت یک عدد پرس شده است)- اتصالات رزوه ای – سیم بکسل فولادی
برای برش سنگ هایی که سختی متفاوتی دارند، سیم های مختلفی وجود دارد. سرعت حرکت سیم به سختی سنگ بستگی دارد. معمولاً این سرعت در سنگ های سخت مانند گرانیت در حدود ۲۰ تا ۳۰ متر در ثانیه و در سنگ های کربناته در حدود ۳۰ تا ۳۶ متر بر ثانیه است. این سرعت در معادن مرمریت از ۴ تا ۷ متر مربع در ساعت متغیر است که در حالت ایده آل به ۹ متر مربع نیز می رسد. در اثر اصطکاکی که بین سیم و سنگ بوجود می آید اجزاء فلزی سیم الماسه دچار فرسودگی می شوند.
بنابراین پس از ۲۰۰ الی ۳۰۰ متر مربع برش، قطعاتی مانند فنرها و اتصالات باید تعویض شوند. برای جلوگیری از خطرات احتمالی و افزایش راندمان، یکی از کارهای ضروری، کنترل روزانه ی اتصالات سیم برش الماسه است. همچنین برای جلوگیری از پرتاب شدن سگمنت ها و سایر اتصالات در هنگام پاره شدم سیم، به ازای هر سگمنت یک رینگ ایمنی پرس می شود که در صورت پاره شدن سیم تنها ۵ سگمنت و فنر از کابل جدا خواهند شد.
سیم برش الماسه در استخراج سنگ ساختمانی
پارامتر های مؤثر در افزایش راندمان استخراج سنگ ساختمانی با روش سیم برش الماسه:
نکته مهم در استفاده بهینه از سیم الماسه، تولید بلوک هایی با حداقل هزینه از طریق تعدیل پارامترهای مؤثر در برش است. چندین پارامتر در عملیات برش با سیم الماسه تأثیرگذار هستند که به طور کلی به دو دسته پارامتر های غیر قابل کنترل و پارامترهای نسبتاً قابل کنترل تقسیم بندی می شوند. پارامترهای غیر قابل کنترل از جمله خصوصیات فیزیکی، مکانیکی و بافتی سنگ هستند که قبل از عملیات برش باید تعیین شوند. پارامترهای قابل کنترل هم عبارت هستند از سرعت برش، ویژگی فنی دستگاه برش، نوع سگمنت و غیره. بعد از تعیین پارامترهای غیر قابل کنترل، فرآیند برش بهینه با تعدیل پارامترهای قابل کنترل، ممکن خواهد بود.
با افزایش سایش سگمنت ها، نرخ برش و کارایی سیم کاهش می یابد و هزینه عملیات افزایش خواهد یافت. مهم ترین موضوع در کار با سیم برش الماسه، تعیین شرایط عملیات است به طوری که سایش به حداقل و کارایی به حداکثر برسد.
مزایای استخراج سنگ ساختمانی با سیم برش الماسه:
کاربری وسیع
نیاز به نیروی انسانی کمتر
عملکرد بدون آلودگی صدا
عدم آلودگی زیست محیطی زیاد همچون غبار
بازدهی بالا
تولید ضایعات کم
کیفیت بسیار خوب بلوک تولید شده برای فرآوری
امکان برش در ابعاد مختلف
عدم پرتاب سنگ
معایب استخراج سنگ ساختمانی با سیم برش الماسه:
نیاز به چالزنی مقدماتی
تأمین منابع آب
هزینه های عملیاتی نسبتاً بالا
نیاز به پرسنل ماهر
استخراج سنگ ساختمانی با ماشین اره زنجیری (هاواژ):
اره رنجیری در سنگ هایی که سختی زیادی ندارند بهره وری بیشتری دارد، ولی در سنگ های سخت مانند گرانیت نتیجه ایده آلی نداشته است. با بکارگیری اره زنجیری، صفحات از پیش مشخص شده سنگ برش داده شده و بلوک از سینه کار جدا می شود.
مزایای استفاده از این روش نسبت به روش سیم برش الماسه:
سرعت برش با دستگاه هاواژ حدود ۴۰ % بیشتر از سیم برش الماسه می باشد.
برش سطح پشت بلوک با این دستگاه آسان تر و سریع تر انجام می گیرد.
دستگاه هاواژ ایمنی بیشتری دارد.
کار با این دستگاه نیاز به حفر چاه ندارد
معایب استفاده از این روش نسبت به روش سیم برش الماسه:
ضخامت برش به وسیله ماشین هاواژ حدود ۴۰ میلی متر است. با توجه به افزایش ضخامت ناحیه ی برش، هزینه برش سنگ با این دستگاه بیش از هزینه برش با سیم برش الماسه است. (هزینه برش تقریباً۳۰ درصد بیشتر از برش با سیم الماسه است).
هزینه نگهداری بیشتر
نیاز به تخصص بیشتر
عمق برش محدودتر نسبت به سیم برش الماسه.
وضعیت هندسی معدن باید منظم باشد.
اره زنجیری به انواع زیر تقسیم می شود:
اره زنجیری با بازوی زنجیر دار:
این دستگاه دارای بازویی است که روی آن زنجیری به سرعت حرکت می کند. این بازو می تواند به صورت افقی یا عمودی کار کرده و شیارهایی در این جهات ایجاد نماید.
ماشین هاواژ در استخراج سنگ ساختمانی
ماشین هاواژ با دیسک برنده:
این دیسک ها کاملاً مشابه دیسک های مورد استفاده در کارخانجات سنگبری هستند. با به کار بردن آلیاژهای گرانتر و یا الماس در قسمت دندانه دیسک، می توان سرعت برش را افزایش داد و سنگ های سخت نظیر گرانیت را نیز برید. دستگاه همزمان با برش، در جهت برش نیز حرکت می کند و بلوک های سنگی به طول، عرض و ارتفاع معین را برش می دهد.
ماشین هاواژ با دیسک برنده
ماشین هاواژ با صفحه فرز:
از آنجا که با دیسک برنده، امکان تهیه بلوک های بزرگ وجود ندارد، ماشین هاواژ با صفحه فرز جهت استخراج بلوک های بزرگتر به کار می رود. در این دستگاه یک صفحه برنده به نام « فرز»، توسط چرخ دنده ای که خود به وسیله موتور به حرکت در می آید، گردانده می شود.
استخراج سنگ ساختمانی به روش حفر چال موازی:
استخراج سنگ به روش حفر چال های موازی، قدیمی ترین روش استخراج سنگ ساختمانی به شمار می رود که تا چند سال پیش در معادن ایران نیز بکار می رفته است و هم اکنون نیز بصورت محدود در معادن انجام می شود. در این روش ابتدا در امتداد خط مورد نظر، تعدادی چال با فاصله های معین حفر می شود. خط فرضی مورد نظر در حقیقت بخشی از وجه بلوکی خواهد بود که از سینه کار جدا می شود. فاصله یک ردیف از چال های حفر شده بر اساس نوع سنگ و ویژگی های فنی و مهندسی سنگ می تواند تا چندین سانتیمتر متغیر باشد. هر چه چال ها به هم نزدیکتر باشند، بلوک سنگ با سهولت بیشتر از سینه کار جدا می شود. باید توجه داشت که حفر زیاد چال باعث افزایش هزینه های استخراج می شود و به همین دلیل باید با توجه به ویژگی های فنی سنگ، به تعداد بهینه ی چال ها دست یافت.
استخراج سنگ به کمک حفر چال های موازی برای کانسارهایی مانند تراورتن که لایه بندی طبیعی دارند بازده بیشتری دارد زیرا نیاز به حفر چال های افقی ندارند. در معادن گرانیت نیز با توجه به سختی سنگ روشی مناسب است. پس از حفر چال های مورد نیاز، بلوک به سه روش از توده سنگ جدا می شوند:
استخراج بلوک به کمک پارس و گوه: پس از اینکه هر چال حفر شد، درون هر یک دو تیغهی فلزی و یک گوه ی فولادی قرار می گیرد. سپس گوه با استفاده از ضربات چکش در بین دو تیغه و داخل چال قرار محکم می شود. در نهایت با کمک ضربات متعدد پتک بر روی گوه، سنگ شکاف بر می دارد.
پارس و گوه
استخراج بلوک سنگ به روش مکانیکی (پارس و گوه دستگاهی): در این روش برای جدا کردن بلوک از سینه کار، پس از حفر چال ها از نوعی چکش هیدرولیکی استفاده می شود. با بگارگیری این روش زمان استخراج کاهش پیدا می کند و نیروی انسانی کمتری نیز مورد نیاز است. نیروی محرکه می تواند توسط نیروی برق و یا هوای فشرده تأمین گردد. در برخی موارد، پمپ هیدرولیکی به وسیله موتور بنزینی به حرکت در می آید.
استخراج سنگ ساختمانی با سیم برش فولادی
قدمت بکارگیری این روش در معادن مهم دنیا به ویژه در کشور ایتالیا، به صد سال پیش باز می گردد. برای بکارگیری سیم برش، ابتدا چال هایی با طول های مختلف در سینه کار حفر می گردد. چال های حالت عمود و متقاطع دارند. سپس از داخل این چال ها که به یکدیگر راه دارند، سیم برش عبور داده می شود. با حرکات گردشی سیم برش فولانی در داخل چال ها به کمک پودر سیلیس و آب، عملیات برش با سرعت معینی انجام می شود. این سیستم برش، از یک دستگاه نیروی محرکه، تعدادی قرقره هدایت کننده، دستگاه ایجاد کشش و ابزارهای کمکی وابسته، تشکیل شده است.
مزایای روش سیم برش فولادی:
بریدن سطوح وسیع
امکان استفاده در نقاط دوردست با افزودن بر طول سیم و قرقره های هادی.
امکان استفاده در معادن زیرزمینی
امکان برش سطوح افقی یا عمودی با تغییر زاویه ی قرقره
طراحی و نگهداری ساده
قابلیت تولید بلوک هایی با اندازه و شکل مناسب
مصرف انرژی نسبتا کم
کارایی خوب در سنگ های کربناته از جمله مرمریت
معایب روش سیم برش فولادی:
هزینه های نیروی انسانی و سرمایه گذاری زیاد.
نیاز داشتن به تجربه و مهارت زیاد
مشکلات پمپاژ آب.
مشکلات تهیه پودر سیلیس.
سرعت کم برش ( ۱ متر مربع در ساعت).
استهلاک زیاد سیم و مواد ساینده.
دست و پاگیر بودن سیمها در منطقه عملیات.
زمان بر بودن نصب تأسیسات و تجهیزات.