Технология производства строительных материалов

 

Содержание

 

Вступление 3

1. Сырьё для строительной промышленности 4

2. Добыча нерудных материалов (извести, гипса, песка, гравия, щебня) 5

2.1.Добыча  глины 7

2.2.Добыча  песка 11

2.3.Производство  природных каменных материалов (гравия, щебня) 13

3. Технология производства портландцемента 15

4. Производство асфальтобетона 18

5. Производство кирпича 21

6. Производство керамических изделий. 23

Выводы 25

Список использованной литературы 26

 

 

 

Вступление

 

Промышленность строительных материалов – промышленность, специализирующаяся на производстве строительных материалов для различных видов строительства.

Данная промышленность является важной отраслью экономики страны, от которой зависит строительство  как жилых так и не жилых  объектов: жилые, медицинские, административные, научные, учебные и промышленные сооружения.

Включает в себя такие  отрасли, как цементная, кирпичная, конструкционная (производство сборных  изделий из железобетона, бетона; стеновых материалов, керамзитовых блоков.)

В данной работе рассмотрены  технологии добычи нерудных полезных ископаемых, служащих сырьем для промышленности (глина, песок, гипс, известняк, щебень, гравий), а так же основные технологии отрасли (производство цемента, асфальтобетона, кирпича и керамики).

 

1. Сырьё для строительной промышленности

 

В качестве природных каменных материалов в строительстве используют горные породы, которые обладают необходимыми строительными свойствами.

По геологической классификации  горные породы подразделяют на три  типа:

1. изверженные (первичные)
2. осадочные (вторичные)
3. метаморфические (видоизменённые).

1) Изверженные (первичные) горные породы образовались при остывании поднявшейся из глубин земли расплавленной магмы. Строения и свойства изверженных горных пород в значительной степени зависят от условия остывания магмы, в связи с чем эти породы подразделяют на глубинные и излившиеся.

Глубинные горные породы образовались при медленном остывании магмы в глубине земной коры при больших давлениях вышележащих слоёв земли, что способствовало формированию пород с плотной зернисто-кристаллической структурой, большой и средней плотностью, высоким пределом прочности при сжатии. Эти породы обладают малым водопоглощением и высокой морозостойкостью. К этим породам относят гранит, сиенит, диорит, габбро и др.

Излившиеся породы образовались в процессе выхода магмы на земную поверхность при сравнительно быстром  и неравномерном охлаждении. Наиболее распространёнными излившимися  породами являются порфир, диабаз, базальт, вулканические рыхлые породы.

2) Осадочные (вторичные) горные породы образовались из первичных (изверженных) горных пород под воздействием температурных перепадов, солнечной радиации, действия воды, атмосферных газов и др. В связи с этим осадочные горные породы подразделяют на обломочные (рыхлые), химические и органогенные.

К обломочным рыхлым горным породам относят гравий, щебень, песок, глину.

Химические осадочные  породы: известняк, доломит, гипс.

Органогенные  горные породы: известняк-ракушечник, диатомит, мел.

3) Метаморфические (видоизменённые) горные породы образовались из изверженных и осадочных горных пород под влиянием высоких температур и давлений в процессе поднятия и опускания земной коры. К ним относят глинистый сланец, мрамор, кварцит.

Природные каменные материалы и изделия получают путём обработки горных пород.

По способу получения  каменные материалы подразделяют на:

• рваный камень (бут) — добывают взрывным способом
• грубоколотый камень — получают раскалыванием без обработки
• дроблёный — получают дроблением (щебень, искусственный песок)
• сортированный камень (булыжник, гравий).

Каменные материалы по форме делят на

• камни неправильной формы (щебень, гравий)
• штучные изделия, имеющие правильную форму (плиты, блоки).

Щебень — остроугольные куски горных пород размером от 5 до 70 мм, получаемые при механическом или природном дроблении бута (рваный камень) или естественных камней. Его используют в качестве крупного заполнителя для приготовления бетонных смесей, устройства оснований.

Гравий — окатанные куски горных пород размером от 5 до 120 мм, также используется для приготовления искусственных гравийно-щебёночных смесей.

Песок— рыхлая смесь зёрен горных пород размером от 0,14 до 5 мм. Он образуется обычно в результате выветривания горных пород, но может быть получен и искусственным путём — дроблением гравия, щебня, и кусков горных пород. [1]

2. Добыча  нерудных материалов (извести, гипса, песка, гравия, щебня)

 

Открытый способ разработки полезных ископаемых характеризуется  тем, что выемка полезной породы, погрузка и транспортирование ее проводятся с земной поверхности. При подземном  способе (разработка штольнями известняков-ракушечников) все эти операции выполняются  под землей. Комбинированный способ включает в себя элементы открытых и закрытых разработок.

Открытая разработка месторождения  нерудного полезного ископаемого  включает следующие основные производственные процессы: планировку местности и  мероприятия по отводу атмосферных  и талых вод; вскрышные работы — обнажение породы; разработка и удаление на специально отведенные площади дресвяного (сильно выветрелого) слоя; добычу полезного ископаемого и его транспортировку.[2]

Вскрышные работы

Вскрышные работы выполняются  с расчетным опережением по отношению  к работам по добыче полезного  ископаемого.

Объем перемещаемых масс вскрышных работ требует значительных расходов. Стоимость добытого полезного ископаемого в значительной мере обусловливается затратами на вскрышные работы. На эффективность открытых разработок оказывает большое влияние также время года и переменчивость погоды. Процесс производства вскрышных работ слагается из следующих операций: снятие вскрышных пород, транспортировка их до отвалов и размещение в отвалах.

Снятие вскрышных пород  осуществляется механизированным способом с использованием землеройных снарядов, взрывным способом и с помощью  гидромеханизации.

Механизированная разработка вскрышных пород осуществляется с помощью бульдозеров, одноковшовых и многоковшовых экскаваторов, роторных экскаваторов, скреперов и других землеройных машин.

Бульдозеры используют на небольших карьерах, где вскрыша  представлена мягкими породами мощностью  до 0,5 м при дальности перемещения не более 120 м.

Одноковшовые экскаваторы  с вместимостью ковша 0,5 — 2 м³ широко применяют для вскрышных работ при сложном рельефе местности. Добываемые породы транспортируют во внутренние или внешние отвалы автосамосвалами грузоподъемностью от 5 до 25 т. Такая схема позволяет использовать для вскрышных работ то же оборудование, что и для добычи полезного ископаемого.

Одноковшовые экскаваторы  с ковшом на гибкой подвеске (драглайн) обладают по сравнению с прямой и  обратной лопатой более широким  радиусом действия не только в ширину, но и в глубину. Их можно устанавливать  на кромке вскрышного уступа.

Многоковшовые экскаваторы  являются высокопроизводительными  машинами непрерывного действия. Их используют при вскрышных работах для  верхнего черпания породы при высоте забоя до 25 м и для нижнего  черпания до 40 м. Один и тот же экскаватор может последовательно работать с верхним и нижним черпанием, обслуживая, таким образом, забой  глубиной в 50 м и более. Положительным  в работе этих экскаваторов при разработке рыхлых полезных пород (глин, песков) является рыхление и усреднение состава породы.

Роторные экскаваторы  относятся к высокопроизводительным землеройным снарядам непрерывного действия. Они легки в управлении, просты в конструктивном отношении  и обладают многообразием выполняемых  операций.

На песчаных и песчано-гравийных  карьерах вскрышные работы часто  выполняют с помощью скреперов, что по сравнению с экскаваторными работами и перевозкой материала  автотранспортом позволяет снизить  его стоимость и увеличить  производительность труда. Наличие во вскрышных породах крупных валунов ограничивает использование скреперов.

Вскрышные работы осуществляют также гидромеханическим способом путем размывания породы струей воды под давлением, который является одним из эффективных способов комплексной  механизации открытых разработок нерудных полезных ископаемых. [3]

Способы добычи различных  нерудных материалов

Буровзрывные работы применяют  для отделения твердых и плотных  пород от горного массива и  для дробления негабаритных кусков. Для лучшего использования добывающего  оборудования следует стремиться получать заданную степень измельчения породы непосредственно при ее отделении  от горного массива. Этот вид разработки полезного ископаемого осуществляется путем бурения в разрабатываемой  породе шпуров или скважин, заложения  в пробуренные скважины взрывчатых веществ и, наконец, взрыва.

После взрыва часть кусков взорванной горной породы может превосходить размеры кондиционных фракций. Эти  куски дробят взрывным или механическим способом. Взорванная горная порода грузится на транспортные средства экскаваторами.

В зависимости от вида каменных изделий, которые предполагают получить, отделенную от массива горную массу  крупных (негабаритных) размеров подвергают переработке. Развалку крупных глыб породы осуществляют взрывным способом или с помощью клиньев. Однако для получения из горной породы плит и блоков больших размеров взрывной способ не применяют, так как в  породе могут образовываться трещины. Отдельные блоки выпиливают или  выламывают из массива камнерезными и врубовыми машинами, а также  специальным инструментом. Для дальнейшей разделки и обработки полученный каменный материал транспортируют на специально предназначенные для  этой цели площадки или к месту  погрузки на транспортные средства.

Добычу рыхлых горных пород (песок, гравийно-песчаные смеси) осуществляют в открытых карьерах одно- и многоковшовыми экскаваторами, роторными экскаваторами, а также способом гидромеханизации. Разработка месторождений полезной породы открытым способом производится уступами. Уступ или горизонт —  это часть породы в карьере, рабочая  поверхность которой имеет форму  уступа и разрабатывается самостоятельными средствами выемки и транспорта.

Расположение забоев на уступе может быть различным в зависимости  от конкретных условий разработки и  применяемого оборудования. Обычно используют торцовый забой с боковой погрузкой. При этом угол поворота ковша экскаватора  не превышает 90°. В таком забое  удобно подавать транспорт под погрузку. Ширина торцового уступа при работе экскаватора с прямой механической лопатой составляет около 1,5 максимального  радиуса резания экскаватора, высота равна максимальному вылету ковша. Забои для драглайна и роторных экскаваторов в большинстве случаев  также располагают с торца  уступа, а цепных многоковшовых экскаваторов на железнодорожном ходу по откосу уступа.

Перемещение вскрышных пород  в отвалы и доставка полезного  ископаемого на заводы для переработки  осуществляется различными видами транспорта — автомобильным, конвейерным, железнодорожным и др. Наибольшее распространение получил автомобильный транспорт большой грузоподъемности.

Гидромеханизированная добыча предусматривает размыв добываемой рыхлой горной породы струей воды, выбрасываемой с большой скоростью через насадку из гидромонитора, с последующим перемещением ее в виде пульпы самотеком или под напором по трубопроводам к перерабатывающей установке. Первый способ с перемещением пульпы самотеком (по канавам и лоткам) экономически выгоднее. Однако в большинстве случаев применяют напорный транспорт.

Различают два основных способа  размыва пород гидромониторами — встречным забоем, когда монитор устанавливают на его подошве, и попутным — при установке монитора наверху забоя. Первый способ более производителен, так как он позволяет создать вруб по подошве и этим вызвать обвал породы, находящейся под врубом. Высота уступа гидромонтирного забоя может достигать 20 — 25 м. По мере разработки забоя производят перемещение гидромониторов.[2, 3]

 

1. Добыча  глины

 

Глину для производства керамических изделий добывают открытым способом в карьерах. Карьер представляет собой систему открытых выработок. Очертания карьера в плане  зависят от глубины и формы  залегания глины и характера  рельефа местности.

При разработке глины участки разбивают на ряд  горизонтальных слоев, которые разделяют  наклонными въездами. Каждый такой  слой называется уступом. Высота уступа зависит от состава глин и применяемых  методов разработки.

Пласт представляет собой массив осадочной горной породы, имеющей значительную длину и  ширину и ограниченный двумя параллельными  плоскостями напластования.

Мощность (толщина) пласта — это кратчайшее расстояние между кровлей (верхом) и почвой (низом) пласта.

В каждом уступе различают следующие элементы: откос, верхнюю и нижнюю площадку и бровку.

Откосом уступа называется наклонная или вертикальная рабочая поверхность уступа, ограничивающая его со стороны выработанного  пространства. Площадками уступа называют: верхней — горизонтальную часть  поверхности уступа, ограничивающую его по высоте, и нижней — нижнюю горизонтальную часть поверхности  уступа (подошва). Бровкой уступа называют линию пересечения откоса уступа с его верхней или нижней площадкой.

Поверхность уступа, являющаяся непосредственно объектом горных работ и перемещающаяся по мере разработки, называется забоем уступа.

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.