مقدمه

تاريخچه سنگ هاي تزييني

سنگ ساختمانی يكي از ابتدايي ترين مصالح ساختماني است كه انسان براي ساختن ابزار و پناهگاه ها و رفع نياز خود استفاده كرده است.

دوره هاي كهن سنگي و پارينه سنگي نشان دهنده دوره هايي است كه در آن كاربرد سنگ بر فلز و ديگر مصالح مقدم بوده است.  آثار خانه هاي از سنگ چيده شده در شمال ايران متعلق به 7000 سال پيش موجود است.

در حال حاضر بيش از 5000 واحد تولید سنگ و سنگ بري در ایران وجود دارد كه 2500 تا 3000 واحد آن دراستان هاي تهران، قم و اصفهان قرار دارند.

خواص عمومي سنگ ها

مواردي مانند مقاومت در برابر كشش، تحمل فشار، نفوذپذيري، انتشار امواج، پايداري و درنظرگرفتن امتداد لايه بندي و سطوح ضعيف مي تواند از اهميت زيادي در بررسي سنگ ها برخوردار باشد .

در مجموع سنگ ساختمانی بدون شيار، رگه، ترك، خلل و فرج، پوسيدگي و لایه سست باشد و حتي المقدور رنگي یکواخت داشته باشد.

مشخصات مطلوب سنگ

• نداشتن آثار ناشي از پديده ي دگرساني
• نداشتن عوارض زمين شناسي (درزه و شكاف و.. )
• نداشتن شيستوسيته و لايه بندي
• داشتن قابليت برش ، ساب و صيقل
• داشتن سختي قابل قبول
• داشتن طرح و رنگ زيبا
• نبود لايه هاي رسي در داخل سنگ
• كم بودن تخلخل و ضريب جذب آب
• داشتن مقاومت فشاري ,اصطكاكي و كششي مناسب
• داشتن دوام مناسب ( در مقابل هوازدگي، آتش سوزي، گرما و سرما)
• آساني استخراج (از نظر توپو گرافي، راههاي دسترسي، …)
• وجود ذخيره كافي براي يك دوره بهره برداري

عوامل مؤثر در كيفيت سنگ

عوامل غير قابل كنترل:

• نوع سنگ
• رنگ سنگ

عوامل قابل كنترل:

• نحوه استخراج
• نحوه برش وصيقل
• دقت در انتخاب و نصب

روش هاي استخراج سنگ هاي ساختماني

استخراج سنگ به كمك چال هاي رديفي

• جداكردن بلوك از توده سنگ استخراج بلوك به كمك پارس و گوه
• استخراج بلوك به شيوه مكانيكي
• استخراج بلوك به كمك مواد ناريه سبك.
• استفاده از مواد شيميايي منبسط شونده

استخراج سنگ با حفر چالهاي واقع در رأس هاي بلوك

• سيم برش الماسه
• استخراج سنگ بلوك با سيم هاي برش فولادي يا حلزوني Helicoidal

استخراج بدون حفر چال

• دستگاه ضربه زن
• روش برش سنگ ماشين هاواژ – شيارزن
• ماشين هاواژ با بازوي زنجيردار
• ماشين هاواژ با ديسك برنده
• استخراج به روش هيدرومكانيكي
• روش استخراج به كمك شعله

عوامل موثر در انتخاب روش استخراج

• قيمت بلوك
• دسترسي به ماشين آلات
• نيروي متخصص
• تركيب روشها
• امكان استفاده از ضايعات
• تعداد پله ها و طول كارگاه
• امكان تأمين آب كافي
• تأمين نيروي برق

مناسب ترين روش در ايران

وزارت صنايع و معادن همراه با دستگاههاي آموزشی، به روش  سيمبرش توجه ويژهاي دارند و قوانين و مقررات متعددي براي كاربرد آن تهيه و تصويب كرده اند. اين روش مناسبترين شيوه استخراج سنگ هاي تزييني از معادن است.

هم اكنون بسياري از معدنكاران و پيمانكاران معدن از روش سيمبرش  استفاده استفاده ميكنند. در 80 در صد معادن سنگهاي نرم، روش  سيمبرش به كار ميرود. اين روش زمينه را براي صادرات سنگ هاي تزييني و نما فراهم ميسازد.

استخراج سنگ به كمك چالهاي رديفي

قديمي ترين روش استخراج سنگ ساختمانی است. در اين روش چال هايي به فواصل يكسان چند سانتيمتر تا چند دسيمتر حفر مي شود. فاصله چال ها به نوع سنگ، بافت سنگ، وزن مخصوص و استحكام سنگ بستگي دارد.

هرچه چالها به هم نزديكتر باشد بلوكها بهتر و مطمئن تر جدا مي شوند. اما هزينه برتر هم هست. موقعيت استخراج بلوك و اقتصادي بودن آن به تعداد چال ها و  هزينه حفر هر چال بستگي دارد.

مزايا

• علاوه بر حفر چالها با دقت كافي زمان حفاري نيز كاهش پيدا مي كند.
• به اساني در وضعیت ت قائم يا افقي و در برخي مدل ها زاویه دار قرار میگیرند.

معايب

• اغلب به علت تغيير خواص چال خوري سنگ يا به علل ديگر چكشها نمي توانند با سرعت يكنواخت حفاري كنند و در بسياري موارد يك يا چند چكش از مجموعه چكشها بيكار مي مانند.

شكافتن سنگ با استفاده از وسايل مكانيكي

شكافتن سنگ با استفاده از گوه

پس از حفر چال ها در هر يك از آنها دو تيغه فلزي و يك گوه ازفولاد مقاوم قرار داده مي شود. در ابتدا به كمك يك چكش سبك جاگذاري مي شود سپس با استفاده از يك پتك به وزن10  كيلوگرم عمل ضربه زني روي گوه تا شكافتن سنگ تا شكافتن سنگ ادامه پيدا مي كند.

كاربرد براي كانسارهايي مانند سنگ تراورتن كه لايه بندي دارند مناسب است.

اما در حالت كلي كاربرد آن :

• قواره كردن
• گاهي براي انجام برش پشتي استفاده شده است.

معايب

• هزينه حفاري بالا
• توليد كم

مزیت

• كيفيت سنگ مطلوب چون درزه شكاف و ترك كمتري به سنگ وارد مي شود.

استفاده از گوه مكانيكي

به منظور جلوگيري از اتلاف وقت و كم بودن راندمان ، ماشيني توسعه داده شده است كه داراي ضربه زن مكانيكي است. ضربه زدن به گوه توسط اين ضربه زن انجام مي شود.

مزيت

• راندمان كار افزايش يافته است

عيب

• به علت وارد كردن ضربه هاي غير قابل كنترل، امكان ايجاد درزه و شكاف هاي ناخواسته افزايش يافته است و باعث كاهش كيفيت محصول شده است.

جداكردن بلوك با شكافنده هيدروليكي Hydraulic Splitter

در اين دستگاه مجموعه پارس گوه ضربه زن در يك جا جمع شده اند.

نام لاتين آن داردا ( Darda ) است كه در ايران نيز به همين نام خوانده مي شود. دستگاه از يك پمپ تأمين كننده نيروي هيدروليك ويك يا چندين چكش كه مجهز به پارس و گوه هستند تشكيل شده است.

اين چكش ها قدرت زيادتري دارند و نيروي محركه آنها با يك پمپ هيدروليكي تأمين مي شود. موتورهاي محركه آنها الكتريكي ، هواي فشرده يا ديزل است.

پمپ با فشاري معادل 500بار (kg/cm³ 033.1=1bar ) كار ميكند و داراي يك مخزن روغن هیدرولیک 25 لیتری است كه به يك سیستم توزيع چند قسمتي مجهز است. اين پمپ مي تواند تا 6 عدد چكش را بطور همزمان راه بياندازد.

قدرت هر يك از چكش ها و به بيان ديگر فشار عملي هنگام كار به 400 تن ميرسد.  پارس- گوه اي كه به ضربه زن متصل است به درون چال هايي كه از پيش حفاري شده اند فرستاده مي شود و با استفاده ازنيروي هيدروليكي كار ايجاد شكاف در سطح سنگ انجام مي شود.

ابتدا بايستي چال هايي با طول و قطر مناسب حفر كرد.  بايد دقت كرد تا چالها بطور مستقيم و عمودي حفر شوند، زيرا يك انحراف كوچك در چال باعث شكسته شدن پارس مي شود.

قطر چال بايد در حدي باشد كه اولاً وارد شدن پارس و گوه داخل چال به راحتي انجام شود و ثانياً مانع از تأثير نيروي شكاف دهنده پارس نشود.

عمق چال حفر شده حتماً بايد بيشتر از طول پارس و گوه باشد زيرا در اثر برخورد آن ها با ته چال امكان شكستن آنها وجود دارد.

پس از آنكه چال ها حفر شدند، پارس و گوه را بايد روغن كاري كرد و به داخل چال فرستاد. در اثر وارد كردن ضربه هاي ناشي از ضربه زن سنگ شكاف برخواهد داشت.

اين روش به دليل توزيع يكنواخت نيرو و نداشتن ارتعاش و راندمان بالاي كار نسبت به رو ش هاي دستي از مزیت برخوردار است.

استفاده از مواد ناريه سبك يا آتشكاري كنترل شده

برش سنگ از ديرباز در معادن سنگ رايج بوده است اما امروزه با ابداع روش هاي جديد مانند سيم برش الماسه به نحو چشمگيري كاهش يافته است.

از آن براي باطله برداري يا كارهاي جنبي در حين آماده سازي استفاده مي شود.  استفاده از مواد ناريه باعث سرعت زياد كار، هزينه استخراج كم و به كارگيري تجهيزات ساده مي شود.

اما در اثرانفجار مقداري تنش در سنگ ايجاد مي شود كه باعث بوجود آوردن مقداري درزه و شكاف در سنگ، بي نظم و ناصاف شدن سطوح جدايش بلوك سنگي و هدر رفتن ذخاير سنگ و منابع ملي مي شود.

كاربرد در آماده سازي

گاهي براي آماده كردن كارگاه استخراج استفاده مي شود (ايجاد كوچه و سينه كار) . در اين حالت سعي مي شود تا آماده سازي در بخش نامرغوب كانسار قرار گيرد.

در ايجاد كوچه در محدوده دو طرف آن دو رديف چال حفر مي شود كه بدون خرج مي ماند و سپس سنگ هاي داخل به موازات جبهه كار آتش كاري مي شود. چال هاي محدوده كوچه فقط كار جلوگيري از گسترش امواج ضربه را انجام مي دهند. در داخل محدوده مقدار مناسبي مواد ناريه استفاده مي شود.

استفاده از ماده ناريه ضعيف

ماده ناريه بايستي قدرت تخريبي اندكي داشته باشد. خرج در قسمتي از چال قرارگيرد يا در طول چال تقسيم شود. مواد منفجره مورد استفاده بايستي سرعت انفجاري حدود 400 متر بر ثانيه و داراي گرماي ويژه 106*0.2 باشد. گاهي براي كم كردن قدرت تخريب از آب يا فضاي خالي داخل چال استفاده مي شود.

تركيبي از مواد ناريه مخصوص و باروت نيزتجربه شده است. در سال هاي اخير اكثر آتشباري ها به جاي باروت با گوريت انجام مي شود.  اين ماده منفجره در مقايسه با باروت اثرتخريبي كمتري بر روي سنگ دارد.

روش سنتي

مقدار تنش هاي ايجاد شده در سنگ رابطه مستقيم با فشار اوليه ناشي از انفجار دارد. لذا يكي از پارامترهايي كه در شكستن صحيحح سنگ نقش به سزايي دارد، انتخاب ماده منفجره اي با فشار اوليه مناسب براي ايجاد تنش هاي كششي در حد مقاومت كششی سنگ است.

فشار ناشي از ماده منفجره داخل چال تابعي از وزن مخصوص و سرعت انفجار ماده ناريه است.  روش سنتي در معادن سنگ ساختماني استفاده از باروت به عنوان خرج اصلي است.

باروت به دو شكل ساخته مي شود : باروت فشرده به صورت استوانه هايي با قطر 5/2 الي 4 سانتيمترو طول 9 الي 15 سانتيمتراست.

وزن مخصوص اين نوع باروت فشرده 9/1 گرم بر سانتيمتر مكعب است.  باروت دانه اي داراي دانه هايي با قطر 1/0 تا 3/1 سانتيمتراست. وزن مخصوص اين نوع باروت 5/1 گرم بر سانتيمترمكعب است. هر قدر قطردانه ها كوچكترباشد سرعت انفجار بيشتر خواهد بود.

چالزني

چال هاي بدون انحراف و واقع بر روي يك خط مستقيم كمك زيادي به نتيجه مطلوب آتش كاري مي كند. در واقع مجموعه چالها بايد تشكيل يك صفحه در سنگ بدهند كه چالها در واقع خطوط واقع روي اين صفحه هستند.

انتخاب بهينه فاصله چالها بستگي به جنس سنگ، وجود ناپيوستگي ها، و عوامل مربوط به هندسه چال نظير قطردارد.

عموماً اين فاصله را تابعي از قطر چال در نظر مي گيرند و براي آن فرمول ها و گراف هايي ارائه مي كنند. بهترين حالت را مي توان از طريق آزمايش و همچنين برآورد هزينه هاي چالزني به دست آورد.

شکافتن با استفاده از مواد شیمیایی منبسط شونده

به جاي مواد ناريه در معادن سنگ مورد استفاده قرار مي گيرد.  مصرف آن به طور روز افزون افزايش مي یابد.  قدرت تخريب و انفجار اين مواد به اندازه مواد ناريه نيست وبه نوعي كار پارس و گوه را انجام مي دهند.

نياز به حفر چال هاي موازي دارند. ماده مورد نظر با آب مخلوط مي شود تا به صورت دوغاب درآيد. دوغاب داخل چال ريخته مي‌شود. پس از مدتي در اثر پديده هيدراتاسيون و آب گيري دوغاب تا چندين برابر حجم خود افزايش حجم مي دهد.

مزایا

• عدم نياز به مواد ناريه: امكان كاربرد در مناطق مسكوني و معادن نزديك به اين مناطق- طبق قوانين وزارت معادن استفاده از مواد ناريه غير مجاز است.
• سهولت استفاده: استفاده از آنها نياز به افراد متخصص ندارد.
• سهولت حمل و نقل: اين مواد به صورت بسته بندي هستند و به آساني حمل مي شوند.
• دلخواه بودن شكل برش: شكست همواره در راستاي چالهاي حفر شده انجام مي شود.
• سازگاري با محيط زيست

معایب

• استاندارد نبودن توليد: بسياري از توليدكنندگان استانداردهاي توليد را رعايت نمي كنند.
• شرايط آب و هوايي: بسياري از پودر ها براي شرايط آب و هوايي مختلف توليد نمي شوند. گرما نقش بسيار تعيين كننده اي در فرآيند انبساط اين پودرها دارد. لذا در هواي سرد از بازده آنها كاسته مي شود.
• خطر انفجار و پرتاب سنگ: به دليل پايين بودن كيفيت بسياري از پودرهاي توليد شده ممكن است پس از مدت كوتاهي پس از ريخته شدن دچار انبساط شديد و شبيه انفجار شوند و سنگ ها را خرد و پرتاب شوند.

نحوه عملکرد

در اثر افزايش حجم، تنش فشاري بسيار زيادي به ديواره چال وارد مي شود

اين تنش ها در نهايت موجب شكسته شدن ديواره چال در نقاط ضعف موجود در اطراف دیواره مي شود.

با چالزني و آرايش چال در جهت خاص مي توان شكسته شدن ديواره را هدايت كرد و در نهايت قطعات سنگ را به دلخواه هدايت كرد.

پس از آن سنگ به راحتي توسط لودر و بولدوزر از سينه كار جدا مي شود.

ادامه ی این مبحث را در مقاله ی روش های استخراج و بهره برداری از معادن دنبال کنید.