Камни облицовочные

Министерство  образования Российской Федерации 

Российский  Государственный  Геологоразведочный Университет 
 

Кафедра разведки МПИ  
 
 

Курсовая  работа по МПИ

«Камни  облицовочные» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                        Выполнила: студентка гр. ГИГМ-06

                                                                                                 Кудряшова М.С.

                                                                      Проверил: Булыгин  Р.М.

Москва 2009

ОБЩИЕ   СВЕДЕНИЯ 

Природные облицовочные камни представляют специфическую  группу строительных материалов, промышленная ценность которых определяется прежде всего их декоративными свойствами. Наряду с этим важным свойством облицовочных камней является механическая прочность, способность принимать различные виды обработки поверхности и сопротивляемость атмосферным воздействиям – погодоустойчивость.

В качестве облицовочных камней используются горные породы различного происхождения: интрузивные – граниты, сиениты, диориты, габбро-нориты, лабрадориты; эффузивные – базалиты, диабазы, андезиты, порфиры, порфириты, вулканические туфы; метаморфические – мраморы, кварциты; осадочные – известняки, доломиты, травертины, гипсы, песчаники, конгломераты, брекчии. Наиболее широко используются граниты и мраморы.

Ведущей страной  мира в области производства и  применения облицовочных материалов и  изделий является Италия. Разработки крупнейших месторождений белого мрамора Карраре в Альпах имеют тысячелетнюю историю.

В России известно 146 месторождений облицовочных камней с запасом 536 млн. м3. Из них разрабатываются  около 40 месторождений с годовым  объемом добычи 500-600 тыс.м3. В остальных  странах СНГ известно около 300 месторождений с запасом около 900 млн.м3. На 145 разрабатываемых месторождениях добывают 3,5 млн.м3 облицовочных камней ежегодно.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 

Облицовочные  камни используются следующим образом: основное назначение – облицовка  поверхностей строительных конструкций плитами для защиты их от разрушения в процессе эксплуатации и придание им декоративности;

блочный камень – для кладки цокольных поясов зданий, стенок набережных, устоев мостов и других сооружений;

монолитные крупноразмерные  блоки – для колонн, скульптурных композиций, мемориальных и других сооружений, а также дефибрерные валы для целлюлозно-бумажного производства;

архитектурно-отделочные детали, профильные элементы, ступени, подоконники, бортовые камни, электротехнические доски и другие более сложные разные детали;

мраморный щебень и крошка – как декоративный наполнитель  различных мозаичных изделий, отделочных деталей наружной штукатурки;

художественно-поделочные изделия, скульптуры, памятники;

отходы обработки  перечисленных изделий, а также негабаритные и не востребованные блоки, переработанные на щебень и бутовый камень – для общестроительных работ. 
 

Промышленные  типы месторождений 

ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ  ТИПЫ ОБЛИЦОВОЧНЫХ КАМНЕЙ 

Основные виды природных облицовочных камней: интрузивные, эффузивные, осадочные, метаморфические.

Наряду с вещественным составом структурные особенности пород, их физико-механические параметры определяют технологические типы. В соответствии с этим облицовочные камни подразделяются на несколько групп по такому обобщенному показателю, как твердость, которая отражает величину энергозатрат при обработке камня.

Камни твердые: кварциты, изверженные глубинные (гранитоиды, габброиды) и плотные излившиеся (базалиты, диабазы).

Камни средней  твердости: мраморы, плотные известняки, доломиты.

Камни мягкие: туфы вулканические, травертины, гипсы.

В пределах каждой из этих групп имеются заметные различия по сложности обработки. Энергозатраты  или время обработки твердых  камней первой группы составляют 60 – 100 условных единиц. Для камней средней  твердости второй группы они составляют 15 – 60 условных единиц. В каждой из указанных групп насчитывается по пять технологических категорий сложности обработки.  
 

ОСОБЕННОСТИ ОЦЕНКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ  ПРИ ПОИСКАХ И  РАЗВЕДКЕ 

Поисковые работы планируются при региональных исследованиях  на основе геологических карт масштаба 1:200000 и других материалов. При геологической съемке обычно не производят оценку пригодности пород в качестве облицовочных камней. Поэтому на начальной стадии поисковых работ анализируют геологический материал о породах повышенной прочности, карьерах стройматериалов, использовании населением камня в постройке.

Из поисковых  критериев учитывают геоморфологические, поскольку более прочные породы чаще слагают повышенные формы рельефа. Стратиграфический критерий имеет  значение при выделении карбонатных формаций как потенциальных вместилищ залежей известняков и мраморов. Тектонический критерий важно учитывать, чтобы избежать зон значительных тектонических разломов, в пределах которых физико-механические показатели горных пород имеют пониженные значения.

С этой целью  используют аэро – и космоснимки, на которых уверенно трассируются как  разломные зоны, так и положительные  элементы рельефа – массивы устойчивых пород.

По материалам, полученным в результате поисков, выбирается участок для постановки оценочных работ. При этом устанавливают генетический и промышленный типы месторождений, условия залегания, строение и вещественный состав полезного ископаемого, физико-механические характеристики камня, его декоративные качества, трещиноватость, степень выветриваемости, горно-технические условия разработки, транспортные условия, гидрогеологические особенности.

На стадии оценочных  работ изучают поверхность и  контуры избранного участка, определяют развитые зоны выветривания, строения полезной толщи, качество камня. Составляют петрографические карты в масштабах 1:10000 – 1:1000. При этом учитывают все изменения элементов залегания продуктивных тел, выделяют слои, пласты.

Разведочные работы выполняют на закрепленном лицензией  в виде горного отвода месторождений. При этом завершают изучение геологического строения месторождения, уточняется геологическая карта (на инструментальной основе), выявляется распределение типов и сортов камня, изменчивость его свойств. Запасы подсчитываются по категориям С1 и С2.

Предварительная оценка декоративных свойств камня может быть произведена по свежему сколу. Наиболее полную оценку декоративных свойств производят по полированной поверхности образца. Возможно также оценка в баллах отдельных признаков декоративности (цветность, насыщенность, рисунок, просвечиваемость) с построением изодекорат.

Одним из важных факторов, характеризующих месторождение  облицовочных камней, является блочность, т.е. выход стандартных блоков из массива. Блочность же определяется расположением систем естественных трещин. Изучению трещиноватости уделяется максимальное внимание на всех стадиях геологоразведочных работ. Трещиноватость изучается путем проведения массовых замеров элементов залегания (азимут и угол падения).

РАЗРАБОТКА  МЕСТОРОЖДЕНИЙ 

Месторождения облицовочных камней разрабатывают всегда открытым способом. Высота уступов в карьерах соответствует высоте блока ( до 2 м) или принимается кратной ей – при панельной системе горных работ. Разработка месторождений имеет ряд особенностей, вызванных необходимостью предотвратить возникновение в блоках трещиноватости. Поэтому при разработке полностью исключается применение бризантных, дробящих взрывчатых веществ. В ограниченных размерах (в основном при разработке гранитов) допускается применение небольших зарядов ВВ, а также детонирующего шнура.

Важным условием добычи камней является обеспечение  сохранности добытых блоков. Они  не сбрасываются с уступов карьера  или транспортных средств. На карьере  для этих целей имеется соответствующее  подъемно-транспортное оборудование.

Основой рационального  ведения горных работ является правильное ориентирование фронта рабочих уступов  в соответствии с направлением основных систем природных трещин, развитых в разрабатываемой залежи. В интрузивных  массивах также следует использовать анизотропию строения – ориентированное расположение удлиненных кристаллов (обычно по направлению продольной трещиноватости), облегчающих раскалывание или распиливание, поскольку поперечное направление горных работ снижает производительность добычи на 45%.

Для вырезки и отделения блоков от массива применяются различные способы. В твердых породах (граниты и другие) предпочтителен буро- клиновый способ. Он заключается в обуривании периферии блока близко расположенными (8-20 см) шпурами диаметром до 25мм. Шпуры проходятся или на полную высоту блока, или частично в зависимости от наличия трещиноватости. Отбойка по линии шпуров производится с помощью клиньев со щечками из высококачественной стали; высокую производительность обеспечивают станки строчечного бурения и гидроклиновые установки.

Перспективным способом отбойки блоков является применение невзрывчатого разрушающего способа (НРС). Он представляет собой использование  высокообожженой извести со специальными добавками, патронированной в пористые оболочки. Перед зарядкой патроны насыщают водой (5-10 мин), а в шпуре уплотняют досыльником. Давление распирения вследствие гидротации НРС достигает 90 МПа. Время форсирования трещин при температуре 20 градусов составляет 12-18ч, при понижении температуры время возрастает. В зимние морозы действенным средством является вода, заливаемая в шпуры. В пористых породах или горизонтальных шпурах в последние предварительно закладываются целлофановые трубки, запаенные с нижнего конца.

На породах, богатых  кварцем (граниты, кварциты), наилучшие результаты дает термоструйный способ вырезки блоков. Высокотемпературная газовая струя (бензин или керосин) через сопло  резака подается на линию контура монолита. В результате выкрашивания минералов образуется щель, глубина которой может быть доведена до 5м.

При разработке пород средней и малой твердости (мраморы, известняки, туфы) наиболее часто используются камнерезочные станки с дисковой фрезой. Они обеспечивают получение геометрически правильной параллелепипедной формы сечения.

Большие возможности  и маневренность имеет канатная вырезка блоков и массивов. Стальной канат диаметром 3,5 – 6,1мм протягивается со скоростью от 8 до 40 м/сек. При канатно-абразивной резке в пропил подается водная суспензия (кварцевый песок 0,2 – 0,8 мм), обеспечивая скорость пропила на мраморах 1 -2 м2 /ч. При канатно – алмазной распиловке канат армируется алмазами, что обеспечивает повышение производительности в 5 -10 раз. 
 
 
 

Промышленная  переработка 

Добытые на карьере  кондиционные блоки доставляются на камнеобрабатывающее предприятие, где они подвергаются распиловке на плиты многодисковыми или маятниковыми (рамными) станками. Фактура пиления имеет неравномерно шероховатую поверхность с неровностями до 2 мм.

Выход плит при  распиловке блоков зависит от толщины, ширины реза, монолитности блока, отсутствия микротрещин. Размер облицовочных плит при распиловке блоков обычно колеблется в пределах 10-12 м2/м3 для гранитов и 11-21 м2/м3 для мраморов, достигая 23 м2/м3 для туфов.

После распиловки плиты подвергаются окантовке, т.е. обрезке по стандартным размерам на фрезерных станках.

Затем проводят многоступенчатые операции шлифования последовательным повышением тонкости абразива, добиваясь постепенного уменьшения следов обработки. В следующей операции обработки (электрокорундом ЭСТ 2) возникает ровная бархатистая поверхность без следов обработки шлифовальным инструментом и с полно выявленными цветом и рисунком камня. Эта фактура «гладкая матовая» или «лощеная». В зависимости от качества работы распиловочных станков операции шлифования могут сокращаться за счет начальных стадий.

Завершаются операции обработки облицовочных плит полированием войлочными кругами с оксидами хлора, олова. Таким образом обеспечивается совершенно гладкая поверхность с зеркальным блеском, на которой рисунок камня и цвет предельно выявлены.

Различают также  фактуру после термообработки (шероховатая  поверхность со следами шелушения) и фактуру после ультрафиолетовой обработки с выявленным цветом и  рисунком. Некоторые рядовые мраморы  после обработки ультрафиолетовым излучением в определенном диапазоне частот приобретают голубую окраску (месторождения Арымское, Буровщина и др.).

Для каннелюрования (вырезки желобов) колонн, производства валиков, плинтусов, фигурных карнизов и других фасонных изделий применяется  специальное оборудование. При этих работах широкое применение получил термический способ, осуществляемый с помощью бензиновоздушных термоотбойников. Наибольшая производительность их на крупнозернистых гранитах, гранодиоритах, порфиритах, меньшая – на кварцитах, низкая – на сиенитах и основных породах.

Необходимость наиболее полного использования добытой горной массы требует, помимо производства попутных каменных изделий, комплексного использования отходов переработки. На гранитных карьерах отходы перерабатываются на строительный щебень и пески-отсевы. Отходы мрамора перерабатываются на декоративный щебень и крошку. Некоторые месторождения, где нельзя получить качественные блоки, разрабатываются специально для указанных целей.

ОЦЕНКА  КАЧЕСТВА СЫРЬЯ 

Оценку качества облицовочного камня производят по двум критериям: декоративности и прочности. В зависимости от направления использования приоритетное значение приобретают одни или другие свойства. Тем не менее прочностные характеристики, обеспечивающие долговечность камня, могут быть снижены только при внутренних работах.

Применимость  пород в конструкциях, соприкасающихся  с грунтом (цоколи, парапеты и др.), оцениваются испытанием в растворе сернокислого натрия. После 10 циклов потеря массы не должна превышать 5%.

При петрографической характеристике пород, помимо обычного описания структурно-текстурных особенностей, приводят данные о наличии включений минералов, отрицательно влияющих на долговечность облицовочных материалов. К ним относятся: сульфиды, сульфаты, гидроксиды железа и другие вторичные компоненты, не устойчивые к выветриванию. При наличии подобных включений использовать горные породы для наружной облицовки и полов можно только после проведения специальных исследований.

При оценке качества камней выявляются также следы выветривания, микротрещиноватость, наличие включений, затрудняющих обработку низкопрочных пород вследствие более высокой твердости, а также рыхлые включения, выкрашивающиеся при обработке.

Для выявления  скрытой микротрещиноватости блоков проводят ультразвуковое исследование. Это важно особенно при проведении на карьере взрывных работ.

Физико-механические свойства исходных горных пород и  получаемых из них материалов исследуют  в специализированных лабораториях по стандартным методикам, изложенных в ГОСТах.

Геолого-технологическое картирование на месторождениях облицовочных камней выполняется путем проведения массовых замеров трещиноватости на ряде участков. При картировании оценивают выход блоков по различным их группам приемами картографической интерполяции, что позволяет получить карты блочности в изолиниях. Аналогично картирование проводится по декоративности, выраженной в баллах по отдельным ее показателям. При этом важно учитывать наличие и расположение зон дробления, разрывов, конфигурацию структурно-тектонических блоков и другие особенности строения месторождения.

ВЛИЯНИЕ ГЕОЛОГО-РАЗВЕДОЧНЫХ  РАБОТ, ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ  СЫРЬЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ 

При использовании  минерального сырья в качестве облицовочных камней основное влияние на загрязнение  окружающей среды оказывают образующиеся при добыче и обработке пыли и сточные воды, а при наличии в породах торфа и других радиоактивных элементов – также образуемый ими радиационный фон. Их влияние на растительный и животный мир зависит от вещественного состава и экологических свойств используемых пород, которые описаны в соответствующих справочниках. Поэтому при оценке экологической обеспеченности геолого-разведочных работ, добычи, подготовки и использования сырья основой является определение элементного и минералогического составов пород и степени его радиоактивности.

Геолого-разведочные  работы на месторождениях облицовочных камней, ведущиеся по обычной схеме, требуют выполнения общепринятых норм экологической безопасности: минимизация вреда сельскохозяйственным угодьям, локализация и нейтрализация всех техногенных отходов, рекультивация нарушенных земель.

Разработка месторождений  облицовочных камней также не требует  применения каких-либо специфических  экологических мер помимо общепринятых. При достаточно большой производительности карьера и если отходы реализуются мало, то повышенный объем отвалов требует изыскания возможности использования неудобий, наращивания высоты отвалов и мер для уменьшения отчуждения сельскохозяйственных земель.

Поскольку большинство  облицовочных камней обладает высокими прочностными показателями, то стенки карьеров имеют большую крутизну. Это дает возможность ограничить земельные угодья, разрабатывая карьер на большую глубину (более 100 м).

Относительно  небольшой объем извлекаемой  горной массы, отсутствие массированных взрывов на выброс и малая загрузка транспорта не требует проведения мероприятий по пылеподавлению в карьерах и на дорогах.

Карьеры облицовочных камней после вскрытия месторождения  отличаются малым продвижением фронта горных работ и отсутствием отработанных площадей. Поэтому, помимо текущих экологических мероприятий, осуществляется рекультивация отработанных пространств на завершенной части отвальных территорий и только в случае прекращения отработки карьера его площадь подлежит полной рекультивации.

ГЕОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ  ОЦЕНКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ 

Геолого-экономическая  оценка месторождений облицовочных камней проводится с учетом экономико-географических факторов территории и возможных  потребителей продукции. При этом учитывают  значительную транспортабельность основной продукции карьеров облицовочных камней для учета ее возможных потребителей в удаленных регионах. Попутная продукция из отходов, если она получена из высокопрочных пород (граниты и др.), также может транспортироваться на значительные расстояния.

По результатам  оценочных работ геолого-экономическая  оценка завершается составлением технико-экономических  соображений (ТЭС) о промышленной ценности месторождения.

По результатам  разведочных работ составляется технико-экономическое обоснование (ТЭО) рентабельности освоения месторождения с подсчетом разведанных запасов.

Проект промышленных кондиций разрабатывается с учетом требований недропользователя. Им же определяются техника, технология разведочных работ, виды, методы и объемы исследований в соответствии с действующими стандартами и нормативами и в пределах имеющегося лицензионного соглашения.

В промышленных кондициях отражают:

- требования  к декоративным свойствам и  к качеству камня;

- наибольшую  и среднюю мощность вскрышных  пород;

- глубину подсчета  запасов;

- наименьшую  бортовую мощность полезной толщи;

- наименьший  выход блочного камня и размеры  блоков.

Расчеты 

Площадь (S) месторождения гранодиоритов: 1см = 20м

S=а*b      а=(9,5*5)/2=23,75см

                b=(11*7,5)/2=41,25см

S=(23,75*41,25)*20=19580м 

Среднее арифметическое мощности вскрыши = 3,39

Запасы вскрыши = S* 3,39 = 19580*3,39 = 66376м2 

Запасы гранодиоритов  до горизонта 195м: 

Ш12 = 304-195 = 109м

Ш11 = 313-195 = 118м

Ш26 = 318-195 = 123м

Ш22 = 298-195 = 103м

Ш21 = 272-195 =   77м

Ш24 = 261-195 =   66м

Ш5   = 251-195 =   56м

Ш15 = 230-195 =   35м

Ш20 = 199-195 =     4м

Щ13 = 222-195 =   27м

Ш7   = 256-195 =   61м

Ш5а = 288-195 =   96м

Ш25 = 289-195 =   94м

Ш2   = 255-195 =   60м

Ш6   = 247-195 =   52м

Ш3   = 261-195 =   66м

Ш17 = 297-195 = 102м

Ш4   = 254-195 =   59м

Ш10 = 235-195 =   40м 

Ш14 = 231-195 =   36м

 Средне арифметическое: 1384/20 = 69,2м

Запасы гранодиоритов : S*69,2 = 4 593 219,2 м2