Песок для строительных работ применяют природный (естественный) и искусственный. Природный песок (горный и речной) представляет собой смесь зерен размером до 5 мм.

Природные каменные строительные материалы получают из скальных горных пород путем механической переработки.

Скальные горные породы как исходное сырье для изготовления каменных материалов обладают уже в исходном состоянии рядом необходимых физико-механических и технологических свойств. Каменные материалы, полученные при переработке скальных пород, используют при строительстве искусственных сооружений, устройстве дорожной одежды, дренажных и укрепительных работах, приготовлении цементо- и асфальтобетонных смесей и т. д.

Природные каменные материалы, являясь продуктом механической переработки и обработки скальных пород, отличаются от последних тем, что имеют определенную форму и размер. Поэтому их свойства зависят как от качества исходной породы, так и от размеров и формы кусков.

Качество скальных горных пород определяется минералогическим составом, структурой, текстурой, свежестью породы и характером отдельно-стей, форма и размер которых в значительной мере обусловлены природными трещинами.

При решении вопроса, для какой продукции наиболее рационально использовать горную породу, главное значение приобретают ее технологические свойства: буримость, раскалываемость, дробимость, полируе-мость. Кроме этого очень важно иметь сведения об энергоемкости процесса переработки, качестве получаемого полуфабриката (или материала), возможных деформациях отдельностей породы (нарушение кристаллизационных связей, образование микротрещин, смятие участков поверхности и пр.), а также о количестве получаемых отходов.

Буримость — разрушение горной породы в процессе бурения определенными буровыми инструментами. Измеряется в сантиметрах (миллиметрах) прохода шпура за одну минуту бурения в стандартных условиях или временем в минутах, которое необходимо для прохода одного погонного метра шпура в стандартных условиях.

Раскалываемость породы определяют испытанием ее стандартной нагрузкой на гидравлическом прессе. Раскалываемость ударной нагрузкой определяют на камнекольных машинах. При определении раскалываемо-сти учитывают характер плоскости раскола и ее шероховатость, величину зоны смятия, форму ребер и пр.

Прочность — свойство горной породы сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих в результате действия нагрузки.
Твердость — способность породы сопротивляться внешним воздействиям, проникновению в нее твердых тел.

Абразивность горных пород — способность изнашивать при трении другие твердые тела. Она оценивается величиной износа материала, контактирующего с породой.

Дробимость породы определяют пробным дроблением породы в камнедробилке в стандартных условиях (тип дробилки, режим дробления, величина кусков горной породы). При испытании определяют энергоемкость процесса дробления, качество получаемого щебня и количество отходов (смятого материала).
Взрываемость — относительное сопротивление горной породы разрушению при взрывной отбойке (обработке), которую определяют количеством расходуемого взрывчатого вещества в килограммах или шпуров в погонных метрах на один кубический метр породы в массиве.

Полируемость — способность горной породы образовывать после предварительной подготовки и последующей полировки гладкую зеркальную поверхность. Полируемость определяют пробным испытанием на полировальных станках в стандартных условиях.

Состав, физические, механические и химические свойства определяют в дорожных лабораториях в соответствии с ГОСТами на испытание каменных материалов.

Физические свойства горных пород определяются удельным весом, объемной массой, пористостью, смачиваемостью, водопоглощаемостью, водонасыщаемостью, морозостойкостью и т. п.

Горные породы, пригодные для изготовления каменных материалов, называются полезными ископаемыми. Породы в месторождении, которые не могут быть использованы для указанной цели, называют пустой породой.

Весь комплекс работ, связанный с добычей полезных ископаемых, называют горными работами. Пустые пространства, образующиеся в процессе добычи полезного слоя, называют выработками.

Разрабатываемые месторождения принято называть карьерами. Различают карьеры каменных месторождений, в которых разрабатывают сплошные, массивные горные породы (граниты, песчаники, известняки), и карьеры рыхлых пород (валунный камень, гравий, песок).

В зависимости от условий залегания разработка горной породы может быть открытой, т. е. в открытых выработках, реже подземной (например, разработка штольнями ракушечных известняков) или подводной, когда порода залегает под водой, сравнительно неглубоко от поверхности воды (добыча речного песка и гравия со дна рек, озер).

При открытом способе разработки породы характер горных работ в значительной степени зависит от расположения породы, которая может залегать горизонтально или иметь крутое или пологое падение. В таких случаях порода может залегать выше, на уровне или ниже дневной поверхности. Обычно полезные слои покрыты растительным слоем грунта и слоем наноса (пустой) породы.

Выход пород на дневную поверхность (обнажения) наблюдается на склонах долин, балок, берегов рек и т. д. Для открытых работ наиболее удобны выходы горных пород на склонах, так как в этом случае бывает малая вскрыша, легче перемещать добываемую породу вниз, а также нет затруднений с отводом атмосферной и грунтовой воды.

При выборе способа разработки месторождений учитывают условия залегания породы, однородность, ее качество, наличие и характер расположения трещин и др. Для решения вопроса о виде каменных материалов, которые можно изготовлять в карьере, особое внимание обращают на технологические свойства породы, ее прочность, твердость, хрупкость и структурно-текстурные особенности.

Разработка месторождения включает в себя следующие основные процессы: – планировку местности и отвод атмосферных и талых вод; – вскрышные работы (обнажение полезной породы); – разработку и удаление на специально отведенные площадки дресвяного (сильно выветренного) слоя; – отделение полезного слоя от горного массива и предварительное его рыхление для подготовки к выемочнопогрузочным работам; – транспортирование горной массы к месту ее переработки;
дробление и сортировку каменного материала.

Отделение полезного слоя от массива и предварительное рыхление горной массы производится посредством буровзрывных работ, которые разделяются на первичные и вторичные. При проведении первичных буровзрывных работ происходит отделение полезного слоя от массива и его предварительное рыхление. Однако в разрыхленной горной массе встречаются крупные куски (негабарит), превосходящие по своим размерам размеры ковша экскаватора и приемного отверстия дробилки.

Для проведения вскрышных работ используют те же машины, что и при производстве земляных работ, в зависимости от толщины растительного слоя или пустой породы, категории грунта. Растительный слой удаляют на отведенные площадки и хранят для использования при рекультивации карьера. Пустую породу транспортируют в пониженные места и используют для засыпки оврагов.

Первичные буровзрывные работы в карьерах производят уступами высотой 15-20 м (рис. 3.1). Для образования уступов в полезном слое устраивают резервную траншею таким образом, чтобы каждая ее сторона в будущем служила откосом следующего уступа.

Рис. 3.1. Элементы уступа:
1 — нижняя площадка; 2 — откос уступа; 3 — бровка уступа; 4 — скважина; Н — высота уступа; ос — угол откоса уступа

Послойное отделение горной массы от массива производят бурением одного или нескольких рядов скважин (цилиндрических углублений диаметром более 75 мм и глубиной до 40 м в зависимости от высоты уступа), последующим заряжанием их взрывчатыми веществами (ВВ) и взрыванием.

Вторичные буровзрывные работы производят для дробления негабарита и при зачистке подошвы уступов (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Схема разделки негабарита взрывом:
а — накладным зарядом; б— заряд в шпуре; 1 — негабарит; 2 — инертный материал; 3 — огнепроводящий шнур; 4 — капсюль-детонатор; 5 — детонирующий шнур; б—забойка; 7—заряд в шпуре

Вторичные буровзрывные работы выполняют бурением шпуров (цилиндрических углублений диаметром до 75 мм и глубиной обычно не более 5—7 м).

Буровые работы осуществляют пневматическими перфораторами (бурильными молотками) и буровыми станками.

Бурильные молотки применяют для бурения шпуров, а станки — для бурения скважин.

Разрушают горные породы при бурении шпуров и скважин механическими и физико-химическими методами. К механическим методам относят ударно-поворотное, вращательное и ударно-вращательное бурение. Ударно-поворотное бурение производят инструментом, выполненным в виде клина, который внедряется в породу под действием кратковременной ударной нагрузки, направленной по оси скважины. После удара инструмент поднимается над дном скважины, поворачивается на некоторый угол и наносит удар по новому месту в забое. Последующими ударами скалывают элементы породы в открытую сторону. Отделенную породу из забоя удаляют. Ударно-поворотное бурение осуществляется перфораторами и станками ударно-канатного давления.

Перфоратор представляет собой бурильный молоток, работающий от сжатого воздуха или жидкости и снабженный механизмом поворота бура. По условиям применения и способу установки перфораторы разделяются на ручные, телескопные и колонковые. Перфоратор имеет цилиндр, в котором под действием сжатого воздуха, поступающего через воздухораспределительное устройство, энергия воздуха преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня-бойка. В конце рабочего хода поршень-боек ударяет по хвостовику бура. Воздухораспределительное устройство может быть клапанным или золотниковым.
Перфоратор работает при номинальном рабочем давлении = 0,5 МПа. При работе перфоратора шпуры очищают от буровой мелочи сжатым воз-Духом или водой.

Простота конструкции, обслуживания и независимость от источников энергии привели к широкому распространению на карьерах строительных материалов станков ударно-канатного действия.

Рабочий процесс такого станка сводится к периодическому подъему и опусканию бурового снаряда, который при свободном падении наносит удар по дну скважины, разрушая породу. Масса бурового снаряда — 500-3000 кг; высота подъема — 0,6-1,2 м, частота ударов — до 60 в минуту.

Наибольшее распространение получили машины вращательного и ударно-вращательного бурения. Вращательное бурение осуществляется путем приложения к буровому инструменту вращательного момента и осевого усилия. Такое комплексное воздействие на породу повышает эффективность работы машины.

Физико-химические способы бывают термическими, взрывными, гидравлическими и др. Процесс разрушения торной породы при термическом бурении основан на действии высокотемпературного газового потока на забой скважины. Рабочим органом является горелка, в камере которой температура газов достигает 2500-3500 °С, а их истечения — 1800-2000 м/с. Нагреву подвергается слой породы небольшой толщины, в котором возникают термические напряжения, приводящие к его разрушению. В качестве топлива могут использоваться бензин, керосин, соляровые фракции в смеси с окислителями — кислородом, воздухом, азотной кислотой.

Гидравлический способ разрушения пород производится струей воды, вылетающей из сопла гидромонитора со скоростью 60 м/с при давлении 3 МПа. Этот способ используют при разработке грунтов. Для разрушения скальных пород давление в струе должно составлять 50 МПа и более.

Электрогидравлический способ разрушения заключается в периодически повторяемых высоковольтных разрядах между контактами разрядника в жидкости.

При добыче камня взрывным способом в горной породе бурят ряд скважин (шпуров), в которые закладываются ВВ, и после тщательной заделки сверху породу взрывают. От мгновенного разложения ВВ образуется большой объем газов, под давлением которых порода раскалывается. Эффект взрыва зависит от вида взрывчатого вещества, его количества, расположения в породе.

По характеру действия ВВ делят на две группы: метательные и бризантные (дробящие). Первые обладают сравнительно небольшой скоростью распространения взрыва (300-400 м/с), вследствие чего объем газа увеличивается постепенно. При применении этих ВВ сильного дробления горной породы не происходит, поэтому их применяют для получения монолитов больших размеров.

Бризантные ВВ характеризуются большой скоростью распространения взрыва (4000-7000 м/с), мгновенным увеличением объема газов (например, аммонал), в результате чего происходит дробление горной породы. Их применяют при добыче рваного камня, щебня. Для получения большого количества камня и щебня иногда прибегают к массовым взрывам породы крупными зарядами.

Буровзрывные работы — весьма трудоемкий и дорогостоящий процесс при добыче полезных ископаемых. Это предопределяет необходимость повышения производительности труда на базе достижений науки и техники в этой области и максимальной механизации.

Основа эффективной разработки скальных пород заключается в обеспечении необходимой степени их разрыхления. Расчетные параметры буровзрывных работ являются ориентировочными и подлежат уточнению в производственных условиях.