Технология дорожного строительства

3.5. Добыча и переработка каменных материалов для дорожного строительства

При сооружении земляного полотна, производстве асфальто- и цементобетонов, устройстве оснований и покрытий из каменных материалов, в том числе - обработанных органическими и минеральными вяжущими, необходимо большое количество каменного материала различной фракции.

Получение этих материалов и обеспечение ими строительных организаций в необходимых объемах осуществляется в определенной технологической последовательности от поиска и разведки месторождений до отгрузки потребителю песка, гравия, щебня.

Изыскания месторождений природных каменных материалов осуществляются в 3 стадии: рекогносцировка, поиск, разведка. Рекогносцировкой устанавливают район, где следует вести разведывательные работы для обеспечения материалами данного строительного объекта. Поиском устанавливают ориентировочные запасы, промышленную ценность и пригодность материалов для строительства дорог. При разведке используют контрольные шурфы и буровые скважины.

На основании инженерно-геологических полевых исследований принимается решение о разработке притрассовых или промышленных карьеров. Карьерами называют горные выработки, приспособленные и оборудованные для добычи природных каменных материалов открытым способом. Грунтовый карьер - это производственное предприятие временного типа для разработки грунта, его погрузки и доставки к месту укладки, а также для механизированного приготовления в установке смеси грунтов с вяжущими материалами. Притрассовый карьер - временно действующее производственное предприятие дорожной организации для добычи и обогащения каменных материалов, расположенное в непосредственной близости к строящейся автомобильной дороге. Промышленный карьер - постоянно действующее горное предприятие, организованное на базе крупного месторождения с большим запасом горной породы и осуществляющее добычу породы, ее дробление и обогащение.

Подготовка карьера состоит в его осушении, удалении пустых пород, покрывающих полезное ископаемое, разупрочнении пород механическим рыхлением или взрывом.

Выемочно-погрузочные работы связаны с набором породы в ковш экскаватора и погрузкой в транспортные средства - железнодорожные, автомобильные; ленточные транспортеры. Добытая масса горной породы доставляется на сортировочные пункты, снабженные дробильным оборудованием.

Добытые камень, гравий, песок в редких случаях используются без проведения дополнительных мероприятий. В большинстве случаев необходимо освободить породу от примесей, большей частью, бесполезных, а иногда и вредных, от так называемой пустой породы (мелочи, пыли, илистых, глинистых частиц и т.п.). Большая часть добываемых природных каменных материалов должна быть обогащена. Цель обогащения - увеличить содержание ценной части горной породы и уменьшить содержание посторонних примесей. Обогащение по прочности производят за счет снижения содержания слабых разновидностей горных пород в готовом продукте или за счет разделения продукта на классы по прочности.

Между природным грунтом и дорожно-строительным материалом, получаемым после переработки грунта на камнедробильных заводах, имеются существенные различия не только в количественном, но и в качественном состоянии. Например, песок как грунт характеризуется размером зерен от 2 до 0,05 мм, а как дорожно-строительный материал - размером зерен до 5 мм. Изменение границы между песчаными и гравийными частицами связано с тем, что при просеивании частиц через грохоты с отверстиями 5 мм получение песчаных фракций происходит значительно быстрее и производительнее, чем через грохоты с отверстиями 2 мм. При этом присоединение частиц размером 2...5 мм к песчаным фракциям существенно улучшает физические и механические свойства песка. С другой стороны, удаление частиц размером 2...5 мм из массы гравия улучшает физические и механические свойства этих материалов.

Переработку горной массы в притрассовых карьерах производят на предварительных дробильно-сортировочных установках (ПДСУ). Обычно это - комплект машин, объединенных в один или несколько агрегатов, приспособленных для быстрого перебазирования с одного места эксплуатации на другое. По производительности ПДСУ делятся на установки: малой производительности - до 10 т/ч; средней - до 50 т/ч; большой - свыше 50 т/ч.

Таким образом, главные процессы переработки материала происходят в следующей последовательности: дробление, грохочение, обогащение и сортировка. Дробление является самым дорогим по стоимости замены быстроизнашивающихся частей и по расходу энергии.

Процесс разделения первичной горной породы на фракции характеризуется количественной и качественной схемами дробления. Количественная схема показывает разделение породы по фракциям с использованием дробилок и грохотов (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Количественная схема открытого двухступенчатого дробления щебня

Качественная оценка показывает технологическую последовательность движения каменных материалов от агрегата к агрегату для получения продукции заданного фракционного состава и в заданном количестве (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Схема двухступенчатого дробления каменных материалов

При разработке песчано-гравийных месторождений получение качественных песка и гравия осуществляется на ПДСУ, снабженной загрузочным бункером с лотковым питателем, имеющей колосниковый грохот для предварительного разделения песчано-гравийной массы.

Технологическая схема переработки гравия зависит от характера и содержания загрязняющих примесей. При наличии средне- и труднопромываемых глин необходимо предусматривать промывку гравия в вибрационных или корытных мойках. Обогащение песков производится для выделения загрязняющих пылевато-глинистых примесей и улучшения гранулометрического состава (рис. 3.11). Образование пульпы и выделение зерен крупнее 5 мм происходит на вибрационном грохоте с брызгалами. Промывка (дешламация) и обезвоживание песка осуществляются в спиральных классификаторах. Установка может быть составной частью технологической схемы переработки гравийно-песчаной массы или самостоятельной. По данной схеме организуют и производство дробленых песков из отсевов дробления массивных пород (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Схема установки для промывки песка со спиральным классификатором

Продукт, получаемый в результате разделения на фракции и обогащения, относится уже не к грунтам, а к дорожно-строительным материалам. Между грунтами и материалами существуют различия, заложенные в трактовке определений и их классификационных признаков. Поэтому считают целесообразным обозначить эти различия, чтобы исключить путаницу при рассмотрении грунтов и строительных материалов.

В производственных условиях границей между гравийными и песчаными частицами принято считать не 2, а 5 мм, потому что при просеивании частиц через грохоты с отверстиями 5 мм получение песчаных фракций происходит значительно быстрее и производительнее, чем через сита с отверстиями 2 мм. К тому же присоединение частиц размером 2...5 мм к песчаным фракциям существенно улучшает физические и механические свойства песка. С другой стороны, удаление частиц размером 2...5 мм из массы гравия улучшает физические и механические свойства этих материалов.

Различие в трактовках касается определения "гравий". В грунтах это - окатанные частицы размером от 2 до 10 мм. В дорожно-строительных материалах он имеет размеры от 5 до 70 мм, что в грунтах частично соответствует гранулометрическому элементу галька.

Технологический процесс получения песка и гравия включает приемку материала, его дробление, сортировку и отгрузку потребителю.

Добытая в карьере порода автомобилями-самосвалами подвозится к приемному бункеру 1 агрегата первого дробления СМ-311 (рис. 3.12). Из приемного бункера лотковым питателем 2 с колосниковой решеткой порода подается в щековую камнедробилку 3. Мелкий материал просыпается через колосниковую решетку и ленточным транспортером 4 отводится в отвал. Материал из камнедробилки 3 ленточным транспортером 5 и 6 отгружается в промежуточный склад 7, из которого по ленточному транспортеру 8 материал подается на виброгрохот 9 агрегата вторичного дробления СМ-312. На виброгрохоте установлены два сита, которые сортируют материал на три фракции:

1) крупностью до 5 мм лентоный транспортер 10 отгружает на склад 11;
2) от 5 до 40 мм транспортер 12 отгружает на промежуточный склад 13;
3) более 40 мм – поступает в валковую камнедробилку 14, из которой дробленый щебень вновь транспортируется на виброгрохот и цикл дробления замыкается.

Из вторичного промежуточного склада материал транспортером 15 подается на грохот 16 агрегата сортировки и распределяет щебень по складам. Материал сортируется на фракции: 5…15, 15…25, 25…40 мм.

Два промежуточных склада делят технологическую линию на три самостоятельных агрегата, которые способны работать при остановке любого другого (рис. 3.12).

Рис. 3.12. Схема камнедробильно-сортировочной базы

По классификационным признакам существуют различия в разделении категорий песка и размеров гравия и щебня. Характеристика отдельных элементов приведена в табл. 3.5.

Таблица 3.5

Характеристика отдельных элементов грунтов и дорожно-строительных материалов