Виробництво каучуку й гуми

Загальні відомості

Каучуки й гуми – це полімери. Їхні молекули налічують десятки тисяч простих молекул, розташованих просторово. У нормальному стані – скручені. При розтягуванні вони випрям­ляються, утворюючи певний опір.

Подовження гуми при розтягуванні в деяких марок сягає 1 000 % (у 10 разів). Після зняття розтягуючої сили молекули скручуються і виріб знову набуває первісної форми.

Каучуки й гуми набули дуже широкого застосування в промисловості. Сучасна гумотехнічна промисловість виготовляє з гуми приблизно 40 тисяч найменувань виробів.

Найбільш поширена галузь гумового виробництва – шинне виробництво. 2/3 каучуку йде на виготовлення шин. Від якості шин помітно залежить розвиток таких важливих галузей, як автотракторна промисловість, автотранспорт, авіація, сільське господарство, будівництво та ін. Шинні заводи являють собою величезні промислові підприємства з високим ступенем механізації і автоматизації виробництва. Україна має два шинні заводи – Дніпропетровський і Білоцерківський.

Окрім шин, з гуми виготовляють транспортувальні стрічки, привідні ремені, муфти зчеплення, баки, трубопроводи, шланги, ущільнювачі. А ще – гумотехнічні вироби, сантехніку, штучну шкіру, деякі будівельні матеріали, дорожні покриття, обли­цювальні матеріали для меблів, матраців, сидінь, кабелів, взуття, спецодяг, паперу, клеї, фарби тощо.

Каучуки бувають натуральні й синтетичні.

Натуральний каучук

Натуральний каучук (НК) виготовляють із латексу – молоч­ного соку дерева гевеї, яке росте в Бразилії, В’єтнамі, Індонезії та на Цейлоні.

На корі гевеї роблять надріз, з якого витікає латекс. Латекс містить 20–35 % каучукових речовин. Для виділення каучуку до латексу додають оцет. При цьому відбувається коагуляція – виділення каучуку у вигляді пухкого об’ємистого згустку. Натуральний каучук має кристалічну будову.

Властивості виготовленої з каучуку гуми залежать від кількості приєднаної сірки.

У м’які сорти гуми вводять 2–3 %, в еластичні – до 8 % сірки. Якщо кількість сірки перевищує 15 %, то отримують твердий матеріал – ебоніт, який використовується як ізолятор.

Натурального каучуку у світі дуже мало. Його недостатньо, щоб задовольнити хоча б в три відсотки потреб промисловості. Тому величезне значення для усього людства мало відкриття в 1932 р. синтетичного каучуку. Це відкриття належить радян­ському академіку С. В. Лебедєв).

Синтетичний каучук (СК) – високополімерний матеріал, який отримують з етилового спирту або з нафтопродуктів – етилену, пропілену, бутилену, бензолу. У наш час уже відпрацьовані технології отримання каучуку з газових продуктів – ацетилену, бутану, пентану, ізобутану. Найбільш дешеві каучуки саме ті, які виробляють із газу. Вони у 2–3 рази дешевші, ніж ті, які свого часу отримав Лебедєв із етилового спирту.

Виробництво синтетичних каучуків складається і двох стадій: отримання мономера та отримання полімеру.

Усі каучуки поділяються на каучуки загального й спе­ціального призначення.

Каучуки в чистому вигляді майже ніде не використовуються. Вони є сировиною для виготовлення гуми.

Гумові вироби виготовляють із гумових сумішей. Гумові суміші отримують шляхом змішування каучуків з інгредієнтами.

Як інгредієнти використовують різні наповнювачі, пласти­фікатори, прискорювачі пластифікації, вулканізатори, приско­рювачі вулканізації, фарбники, зокрема сірку, сажу, мазут, гудрон, мастильні масла, каніфоль, смоли та інші матеріали.

Окрім каучуку, як сировину використовують також регенерат – продукт переробки старих гумових виробів (в основному шин) і вулканізованих відходів гумового виробництва. У пластичному стані регенерат здатний змішуватись із каучуком та інгре­дієнтами й знову вулканізуватись.

Регенерат використовують для повної або часткової заміни каучуку при виробництві багатьох гумових виробів.

Таким чином, у різних видах гуми міститься від 10 до 98 % каучуку.

Решту складають інгредієнти, регенерати та армуючи елементи – натуральні або хімічні волокна у вигляді тканин, ниток, шнурів.

Технологія виготовлення гуми складається із чотирьох стадій:

— різання каучуку на шматки й приготування інгредієнтів (подрібнення, просіювання, сортування, зважування);

— приготування гумової суміші в герметичних гумозмішу­вачах і на каландрах (валках);

— формування (на валках для листової гуми, або в пресфор­мах для штучних виробів);

— вулканізація – завершальна й дуже відповідальна опера­ція, яка може відбуватися в пресах, котлах і автоклавах за тем­ператури 130–160 оC і тиску 18–20 МПа, але може відбуватись і при тиску 3–6 МПа. Існує також вулканізація з використанням високочастотних коливань та радіації.

Якість гуми при цьому покращується, але цей спосіб занадто дорогий.

При вулканізації сірка з’єднується з молекулами каучуку, зшиваючи їх у трихмірну структуру, яка називається гумою. Саме при вулканізації гума набуває основної якості – можли­вості подовжуватись.

Гумові вироби отримують за допомогою певної техніки. За допомогою каландрів отримують листову гуму; за допомогою черв’ячних пресів – труби, шланги, шнури, гумовані кабелі; за допомогою пресів та пресформ – штучні вироби: ущільнювачі, штепселі, прокладки тощо.

Існують також спеціальні машини та пристрої для виготов­лення складних виробів, наприклад ізоляційних рукавиць, взуття, спецодягу тощо.

Будівництво є споживачем продукції, яку виробляють гірни­чодобувна, лісова, деревообробна та хімічна промисловості, а також чорна та кольорова металургії.

Обсяги перевезення будівельних матеріалів становлять понад четверту частину вантажобігу держави.

У загальному обсязі будівельно-монтажних робіт частка вар­тості будівельних матеріалів становить 60 % вартості будівлі. При цьому частка вартості будівельних матеріалів у будівництві має тенденцію до зростання, оскільки в промисловості будівель­них матеріалів безперервно розширюється асортимент і поліпшується якість виробів.

Будівельна індустрія – це індустрія монтажу будівельних виробів і конструкцій, які виготовляються на спеціалізованих підприємствах. Отже, будівельна індустрія поділяється на дві стадії: виробництво будівельних матеріалів і виробів та безпо­середньо будівництво.

Усі будівельні матеріали поділяються на природні й штучні. При цьому природні матеріали можуть бути як у вигляді мате­ріалів (цемент), так і у вигляді конкретних виробів (бетонна балка, цегла, черепиця, шифер, металоконструкція).

До природних органічних матеріалів належать лісоматеріали. Це колоди, бруси, дошки та ін. На півночі це часто єдиний будівельний матеріал.

Використовують переважно хвойні породи дерев: сосну, ялину і ялицю. Рідше – модринові породи: модрина, дуб, бук, ясен, береза.

М’які модринні породи – вільха, осика, тополя – швидко псуються. Тому їх використовують як допоміжний матеріал або для тимчасових споруд з терміном використання до трьох років.

Позитивні якості деревинних матеріалів: мала об’ємна вага, добра транспортабельність різними видами транспорту, низька теплопровідність, легкість механічної обробки.

Негативні якості: нерівноміцність, схильність до загнивання, усихання, розтріскування, згорання та руйнування жуками-короїдами.

За стандартом лісові матеріали поділяють на кругляк і пиляний матеріал – бруски та дошки. Дошки поділяються на обрізні, необрізні й горбилі.

Природні неорганічні матеріали називають також нерудною сировиною, тому що їх, як і рудну сировину, добувають із надр землі, але тільки відкритим способом, тобто в кар’єрах.

Нерудна сировина – це глина, пісок, піщаник, вапняк, щебінь, камінь, граніт, гравій, туф, мармур, пемза. Сюди також відносять кварцит – пусту породу з рудних кар’єрів і шахт.

Природні неорганічні матеріали за необхідності проходять операцію подрібнення, грохочення та сортування.

Напрямки, у яких використовують ці матеріали: як запов­нювачі при виготовленні розчинів і бетонів; як облицювальні матеріали; як матеріали для фундаментів (граніт); як матеріал для основи при будівництві доріг.

Сюди належать такі штучні матеріали, як цегла, керамічні блоки, черепиця, керамічні каналізаційні труби, унітази, рако­вини та ін.

Переваги керамічних виробів: висока міцність, морозостій­кість, водостійкість, вогнестійкість. І як результат – довговіч­ність. Недолік – неможливість виготовлення деталей великих розмірів.

Розміри звичайної червоної цеглини 250×120×5 мм, полу­торної – 250×120×88 мм.

Маса – 2,75–3 кг.

Виготовляють цеглу за такою схемою: приготування глиня­ної суміші, формування, сушіння, випалювання. За міцністю цегла поділяється на такі марки: 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300.

Цеглу і керамічні блоки використовують для викладання зовнішніх та внутрішніх стін. Для облицювання як зовнішніх, так і внутрішніх стін використовують облицювальну цеглу, керамічні камені та керамічну плитку.

Черепицю використовують для дахових покрить. Керамічні труби – для будівлі каналізаційних мереж. Унітази й раковини – у житловому та промисловому будівництві.

Вогнетривкі матеріали – це керамічні матеріали з особли­вими якостями, а саме: вони мають високу вогнетривкість. Їх використовують як футерувальний матеріал при спорудженні металургійних, коксохімічних, цементних, скловарних і терміч­них печей та інших теплових агрегатів. За вогнетривкістю ці матеріали поділяють на три групи:

— матеріали, розраховані на роботу за температури до 1 700 оC. Ці матеріали використовують в основному в чорній металургії;

— матеріли, розраховані на роботу за температури

— 1 700–2 000 оC (кольорова металургія);

— матеріали, розраховані на роботу за температури більше 2 000 оC – металургія тугоплавких металів.

Широкою застосування набули пористі вогнетривкі мате­ріали. Вони дають змогу економити теплову енергію або при тих же енерговитратах зменшувати товщину стін.

В’яжучі матеріали за походженням бувають мінеральними і органічними.

Мінеральні – це порошкові неорганічні речовини, які в суміші з водою утворюють в’язкопластичне тісто, що із часом твердіє, утрачаючи пластичність.

Мінеральні в’яжучі матеріали у свою чергу поділяють на повітряні й гідравлічні.

Повітряні – це такі, що твердіють на повітрі. Сюди належать вапно, рідке скло, глина, силікатний клей, замазки. Гідравлічні затвердівають на повітрі й у воді. Сюди належать цементи, які виготовляють на основі портландцементного або глиземного клінкерів.

За стандартом випускаються такі марки цементу: 200, 250, 300, 400, 500, 600 і 800. Чим вище марка цементу, тим міцніший бетон можна виготовити.

Після змішування з водою цемент, якщо суміш не перемі­шувати, через 45 хв починає схоплюватись (затвердівати). Пов­не затвердіння настає через 12 год. Після цього цемент про­довжує набирати міцність ще 28 днів. Причому міцність зростає при поливанні водою.

Органічні в’яжучі матеріали – це бітуми та бітумні матеріали (бітуми з різними наповнювачами, частіш за все піском). Бітум – це побічний продукт при перегонці вугілля і нафти. Вико­ристовують бітуми при спорудженні дахів, як захисний шар, що не пропускає вологи. До органічних в’яжучих матеріалів від­носять також смоляні та дьогтьові матеріали й мастики.

Бетон – це штучний кам’яний матеріал, який отримують у результаті формування і твердіння бетонної суміші. Суміш міс­тить у собі мінеральне в’яжуче (цемент 16 %), заповнювач (пі­сок, щебінь, гравій – 75 %) і воду (9 %). Приготовлену суміш заповнюють у спеціальні форми, де протягом доби вона засти­гає. Залежно від використаної форми отримують бетонні блоки, балки, колони та інші деталі.

Бетонні вироби мають позитивні якості. Вони міцні, моро­зостійкі, водонепроникливі й вогнестійкі.

Негативні якості: теплопровідність набагато більша, ніж у деревинних матеріалів, а при згинанні та розтягуванні міцність у 5–10 разів менша, ніж при стисканні.

Тому бетонні вироби здебільшого використовують при виго­товленні деталей, що працюють на стискання. Для деталей, що працюють на згин або розтягування, використовують залізо­бетон, тобто бетон, у якому монолітно поєднані бетон і стальна арматура. При виготовленні залізобетонних виробів арматура закладається у форми перед засипанням або під час засипання бетонної суміші. Арматура набагато зміцнює бетону конструкцію.

Як бетонні, так і залізобетонні вироби виготовляють на заводах залізобетонних виробів (ЗБВ). Продукцією ЗБВ є плити, балки, ферми, стіни, стовпи, й навіть цілі споруди (блок ванна – туалет), які в готовому вигляді привозять на будівельні майданчики й монтують за допомогою зварювання металевих виступів, а потім ущільнюють стики за допомогою розчинів.

Будівельний розчин – це напівфабрикат бетону, що ще не встиг загуснути й затвердіти. Виготовляють розчини на заводах ЗБВ і доставляють на будівельні майданчики в спеціальних бетоновозах. Під час транспортування розчин увесь час пере­мішується. Використовують розчин для монтажних, укладаль­них і штукатурних робіт.

Іноді будівельні розчини готують безпосередньо на будівель­них майданчиках (у невеликих кількостях), використовуючи для цього електричні бетономішалки.

До силікатних матеріалів належіть силікатний бетон і силікатна цегла.

Силікатну масу виготовляють шляхом перемішування вапна, кварцевого піску й води шляхом формування з наступною термічною обробкою в автоклавах при температурі 175–200 оC і тиску 0,8–1,2 МПа.

Силікатний бетон – різновид бетону без цементу. Він дозволяє знизити вартість будівництва за рахунок відсутності в’яжучого матеріалу.

Застигає силікатний розчин повільніше, ніж цементний, протягом місяця, а при зрошуванні може зберігати свої в’яжучі властивості й довше.

Силікатну цеглу виготовляють двома способами: барабанним і силосним.

Силікатна цегла (біла) дешевша за керамічну (червону). Але показники водостійкості морозостійкості в силікатної цегли нижчі, ніж у керамічної. Окрім того, силікатна цегла менш довговічна, особливо у вологому середовищі.

Азбоцемент – це цемент, зміцнений азбестовим волокном. Він легкий, вогнестійкий, атмосферостійкий, легко формується. Міцність – вища ніж у бетону.

Вироби з азбоцементу: труби, плити, шифер. Виробництво цих виробів дозволяє економити метали. Окрім того, вироби з азбоцементу дешевші, ніж вироби з металу, і більш довговічні. Останнє особливо стосується труб.

Скло виготовляють на скловарних заводах із спеціальних кварцевих пісків.

Технологія скловаріння складається з 5 стадій: шлакоутво­рення, склоутворення, просвітлення, виготовлення виробу й вистигання.

Продукцією скловарних заводів є: скло віконне та вітринне, склоблоки, склопакети, склопрофіліти, плитки облицювальні, скловолокно, піноскло, труби, хімічний та побутовий посуд.

Позитивні якості скла: прозорість, хімічна стійкість, висока міцність при стисканні, низька теплопровідність.

Останнім часом набули широкої популярності склометалеві конструкції і навіть будівлі, які різко знижують масу будівель, зменшують витрати на фундаменти й поліпшують естетичний вигляд. Особливо це має значення для будівництва в районах із теплим кліматом.

Негативні якості скла: низька міцність при згинанні.

Сучасне будівництво широко застосовує як матеріали різні метали. Так, близько 20 % чорних металів і 4 % кольорових металів використовується при виготовленні залізобетонних конструкцій (арматура) та металевих конструкцій та споруд (металеві мости, металеві кріплення тунелів, лінії електромереж, залізниці та інше). Серед чорних металів найбільшого поширен­ня в будівництві набули мало вуглецеві конструкційні сталі, які мають гарну зварюваність. Іноді також застосовують високо­вуглецеві сталі (рейки).

Особливого значення останнім часом набули кольорові мета­ли при виготовленні житлових та адміністративних будівель, які розташовані в зонах із теплим кліматом. Це так звані скло­металеві будівлі, які у 2–3 рази легші за традиційні цегляні та бетонні будівлі й потребують набагато менших витрат на спорудження фундаментів. Серед кольорових металів найчас­тіше застосовують прокатні профілі з алюмінію, міді та латуні.

Зовнішня тверда частина земної кори називається літо­сферою. Вона складається з корінних та наносних порід. Корінні породи залягають на місці свого первісного утворення. Наносні утворюються в результаті руйнування корінних порід. Вони перенесені з місць свого первісного утворення за допомогою води й повітря.

За ступенем використання породи поділяють на корисні копалини і пусті породи. Пусті породи – це такі, що на сьогодні не використовуються.

Поділ порід на корисні копалини й пусті породи є умовним. Із часом межа між ними зміщується в бік пустих порід.

Природне скупчення корисної копалини, що має певний об’єм, називають родовищем. Родовища бувають корінними й у вигляді розсипу. Розсипи зустрічаються у вигляді пухких піща­но-глинистих сумішей. Розсипи залягають пластами і, як правило, мають велику площу.

Корисні копалини в корінних родовищах можуть мати правильну й неправильну формм залягання. Правильна форма – це пласт або жила. Неправильна форма – це шток, гніздо або лінза. З промислової точки зору найбільшу зацікавленість викликають пласти.

Пласт – це залягання гірничих порід, яке обмежене двома площинами. Таку форму завжди мають осадкові породи. Усі пласти в період свого утворення мали горизонтальне поло­ження.

Потужність пласта, глибина його залягання і кут падіння зумовлюють спосіб добування корисної копалини.

Декілька пластів, розташованих паралельно (один над одним), називають свитою пластів.

Роботи, пов’язані з пошуками родовищ корисних копалин, називають пошуками. Роботи, пов’язані з дослідженням гли­бини залягання, розмірів і складу корисних копалин, називають розвідкою або розвідуванням.

Геологічні роботи поділяють на чотири стадії:

У гористій місцевості рудні копалини залягають переважно жилами. У горбистій – пластові поклади. Іноді корисні копалини виходять прямо на поверхню землі, тоді пошук їх спрощується.

Якщо родовище залягає на значній глибині, для його дос­лідження бурять розвідувальні свердловини, прокладають виробки. Таке розвідування коштує дорого. Найчастіше в таких випадках застосовують геофізичні способи розвідки.

До геофізичних способів пошуків родовищ належать: електророзвідка, магніторозвідка, гравітаційна розвідка, сейсмо­розвідка, радіорозвідка, радіоактивна й ультразвукова розвідки.

Електророзвідка – за швидкості проходження електричного струму у верхніх шарах земної кори роблять висновки про наявність корисної копалини.

Магніторозвідка – наявність корисної копалини виявляють за відхиленням магнітної стрілки магнітометра (компаса). Таку розвідку можна робити навіть з літака.

Гравітаційна розвідка. У будь-якій точці земної поверхні діють сили тяжіння. Нерівномірність сил тяжіння в різних точках зумовлена зумовлена нерівномірністю розподілу мас у земній корі. Стрілка гравітометру зміщується в бік залягання, яке має щільність більшу, ніж навколишні породи. Гравітаційна розвідка дозволяє встановити контури залягання рудних родовищ.

Сейсморозвідка – заснована на визначенні швидкості розпов­сюдження в земній корі пружних хвиль, що виникають під час вибуху. Для цього роблять декілька свердловин. В одні закладають вибухівку, в інші – сейсмографи.

Потім роблять вибух і спостерігають за показаннями сейсмографів.

Радіорозвідка – основана на зміні швидкості радіохвиль при проходженні через породи різної щільності. Локатор випро­мінює радіохвилі, а приймач їх приймає.

Ультразвуковий метод – заснований на тому, що в надра землі посилається сигнал в ультразвуковому діапазоні хвиль. Якщо він зустрічає щільні шари корисних копалин, хвилі відбиваються від них, повертаються на поверхню й реєстру­ються спеціальними приладами.

Радіоактивні методи – використовують властивості деяких елементів, які самоповільно розпадаються, випромінюючи при цьому певні частки, що фіксуються дозиметрами.

При розвідці нафтових і газових родовищ використовують газову зйомку місцевості. Прилад – газовий лічильник – реєструє навіть незначні концентрації газу в повітрі.

Після виявлення родовища приступають до його розвідки. Під час розвідки проводять такі дослідження:

При пластовому заляганні складається повний геологічний розріз родовища.

Залежно від ступеня розвіданості родовища корисних копалин поділяють на три групи: А, В, С. Родовища групи А – це повністю розвідані, вивчені й підготовлені до розробки. До групи В належать відносно розвідані й попередньо опробувані родовища. До групи С належать родовища, установлені геологічними дослідженнями при пошукових роботах, тобто прогнозні родовища.

Способи добування корисних копалин і застосовувана техні­ка багато в чому залежать від властивостей гірських порід. Дослідження цих властивостей (механічних і хімічних) є складовою частиною розвідки корисної копалини.

Гірські породи складаються з окремих часток, які можуть бути зцементованими або незцементованими (сипучими). Окрім того, породи можуть бути простими, тобто такими, що скла­даються з одного мінерального компонента (піщаник, вугілля, вапняк), і складними (граніт, сланці).

У гірських породах можуть бути капіляри, порожнини, наповнені водою, газом, повітрям. Тому властивості породи в різних напрямках різні й за одним зразком важко визначити властивості всього масиву.

Залежно від складу й властивостей породи поділяють на такі категорії:

При добуванні корисних копалин виконують роботи з відокремлення порід від масиву, корисних копалин і пустих порід та доставки їх до місця переробки. Ці роботи отримали назву гірничих робіт.

Роботи, пов’язанні з відокремленням корисної копалини, називають очисними роботами.

Порожнини, що утворюються в земній корі в результаті гірничих робіт, називають гірничими виробками.

За розташуванням у земній корі відносно земної поверхні гірничі виробки поділяють на відкриті й підземні. До відкритих відносять канави, траншеї і кар’єри. Усі вони умовно нази­ваються кар’єрами.

Підземні гірничі виробки поділяють на вертикальні, гори­зонтальні і похилі.

До вертикальних належать: стовбур, сліпий стовбур, гезенок, шурф, колодязь.

Стовбур – вертикальна гірнича виробка, яка має безпосе­редній вихід на поверхню і служить для видачі на поверхню корисної копалини, спуску допоміжних матеріалів, спуску-підйому людей, подачі свіжого повітря.

Сліпий стовбур – вертикальна гірнича виробка, яка не має безпосереднього виходу на поверхню і служить для підйому корисної копалини з нижчого горизонту на вищий.

Гезенок – це сліпий стовбур, який служить для спуску корисної копа-лини з вищого горизонту на нижчий.

Колодязь і шурф – це вертикальні гірничі виробки, які мають вихід на поверхню і призначенні для допоміжних робіт: розвідка пласта, вентиляція.

До горизонтальних гірничих виробок належать: горизонт (не має жодного виходу на поверхню, штольня – (має один вихід на поверхню), тунель – (має два виходи), штрек – не має жодного горизонтального виходу.

Похилі гірничі виробки зустрічаються рідко, оскільки вони незручні в експлуатації.

Після розвідки родовища корисних копалин постає питання, яким способом здійснювати його експлуатацію. Економічним критерієм доцільності застосування відкритих робіт є вартість корисної копалини. Об’єм пустих порід, який необхідно вида­лити при відкритій розробці, тим більший, чим глибше залягає корисна копалина. Знаючи повну вартість однієї тонни корисної копалини при підземному добуванні Сп, вартість добування корисної копалини при відкритому способі Со, вартість метра покрівлі Св, об’єм покрівлі V у метрах кубічних і промислові запаси корисної копалини Q у тоннах, можна встановити межу економічної доцільності застосування відкритих і підземних робіт, яка відповідає рівності вартостей 1 т корисної копалини при тому чи іншому способі:

Відношення показує яку кількість пустої породи необхідно перемістити для видобутку 1 т корисної копалини. Це відношення називають коефіцієнтом розкривних робіт, який дорівнює:

Величини С_п, С_о, С_в як при відкритому, так і при підземному способах залежать від глибини виробки й застосовуваної техніки.

Якщо в другому рівнянні виявиться більшою ліва частина, доцільно використовувати відкритий спосіб, і навпаки.

При відкритому способі видобування корисних копалин у кар’єрах увесь комплекс виробничих процесів можна поділити на такі основні етапи:

Третій і четвертий етапи іноді поєднують в один (при добуванні сипучих корисних копалин).

Розкривні й добувні роботи у вугільних кар’єрах включають виймання, навантаження, транспортування і розвантаження пустих порід і корисної копалини (вугілля).

У залізорудних кар’єрах процесу виймання руди передують буровибухові роботи.

У гірничодобувній промисловості застосовуються два типи кар’єрів:

Тип І застосовують переважно для невеликих кар’єрів при добуванні вугілля і будівельних матеріалів (піску, глини, слан­ців). Перевалку пустої породи тут здійснюють без транспортера за допомогою екскаватора, який з одного боку зачерпує покрівельну породу, а з другого боку висипає її у відвал, що знаходиться в кар’єрі. Корисна копалина при цьому вивозиться автомобільним транспортом. Цей тип кар’єра економічно більш доцільний, але галузь його застосування обмежена. Для великих вугільних і практично для всіх рудних кар’єрів застосовується тип ІІ, який потребує транспортних засобів не тільки для корисної копалини, а й для пустої породи, що транспортується у відвал, розташований за межами кар’єра й рудного поля.

Найбільші в Україні кар’єри знаходяться на Криворіжжі. Розміри Північного гірничого кар’єра (на лінії горизонту землі): довжина 4 км, ширина 700 м, глибина 450 м. Якщо дивитись на дно кар’єра з оглядового майданчика, то екскаватори здаються схожими на дитячі іграшки, а люди здаються як мурахи. Це жахлива рана землі.

У кар’єрах типу І застосовують екскаватори, транспортери й автомобілі.

У кар’єрах типу ІІ застосовують бурові агрегати, екска­ватори, залізничний і автомобільний транспорт.

З поглибленням кар’єру процес вивезення корисної копалини ускладнюється, оскільки на внутрішній периферії кар’єра необ­хідно споруджувати серпантинову дорогу, яку при розширенні кар’єру необхідно періодично реконструйовувати. Тому дуже бажано, щоб первісна виробка проектувалась на край рудного поля, тобто щоб кар’єр у подальшому розростався тільки в одному напрямку. У цьому разі зменшуються витрати на рекон­струкцію серпантинової дороги.

Залізничний транспорт являє собою електровоз із декількома вагонетками (6–8 шт.). Автомобільний транспорт – це велико­вантажні автомобілі підйомністю 100, 200 і навіть 400 т.

Основним механічним засобом для виконання робіт у кар’єрі є екскаватор.

Екскаватором називають самохідний землерийний снаряд, призначений для зачерпування гірничої маси із цілини або з попередньо розпушеного масиву й переміщення її в ковші до відвалу або до місця завантаження транспортного засобу.

Існують два типи екскаваторів: одноківшеві (перервної дії) і багатоківшеві (безперервної дії).

Одноківшеві екскаватори поділяють на екскаватори типу пряма лопата (зачерпує від себе) і зворотна лопата (зачерпує під себе).

Найбільш поширені одноківшеві екскаватори. З місткістю ковша до 100 м3.

Годинна продуктивність екскаватора Q год в метрах кубічних дорівнює:

Окрім екскаваторів, на відкритих розробках використовують також драглайни – канатно-ківшеві екскаватори. У драглайні ківш з’єднаний зі стрілою гнучким зв’язком – тросом. Ківш драглайна, на відміну від екскаватора, може працювати на глибині до 15 м від рівня підошви й на висоті до 20 м, що дуже зручно при розкривних роботах.

Багатоківшеві екскаватори поділяються на ланцюгові й роторні.

Для розпушення міцних гірничих порід у шахтах і кар’єрах виконують буровибухові роботи. Спочатку в гірничому масиві за допомогою перфораторів та інших бурових машин роблять свердловини (шпури) довжиною 2,5–3,5 м, діаметром 40–85 мм. У шпури на 2/3 довжини закладають вибухівку. Решту 1/3 за­повнюють пластичною глиною.

Як вибухівку використовують динаміт, який виготовляють на заводах у вигляді вибухових патронів певного діаметру й маси. Для здійснення вибуху використовують детонатори, які приво­дяться в дію спеціальними машинами. Можливе також застосу­вання вогневого вибуху за допомогою бікфордова шнура. Під час вибуху в кар’єрі та в забої нікого не повинно бути. Зазвичай вибух роблять у певний день і в певні години.

Після вибуху подрібнену масу підбирають екскаваторами. Шматки діаметром понад 1 м додатково подрібнюють також за допомогою вибухівки.

Буровибухові роботи виконують лише в рудних шахтах і кар’єрах.

Видобуванню корисної копалини підземним способом пере­дує будування шахти. Це дуже трудомістка йдорога робота, яку виконує спеціалізована організація, що має назву «Шахтопро­ходка». Після будування шахта здається до експлуатації і починається видобуток. Шахта експлуатується десятки років. У процесі експлуатації вона поглиблюється, виникає необхідність прокладати нові горизонти. Відстань між горизонтами 70–100 м. Горизонти мають нахил 3о в бік центрального стовбура для збігання води.

Найглибші шахти – у Кривбасі – до 700 м. У США (Каліфорнія) глибина шахт сягає 1 500 м. Чим глибша шахта, тим дорожчий видобуток корисної копалини.

У гірничих породах існує гірничий тиск. Для протистояння гірничому тиску всі виробки зміцнюють за рахунок кріплення, яке може бути залізобетонним (для виробок, що експлуатуються десятки років, наприклад стовбур, водозабірник), металевим (для виробок, які експлуатуються до 10 років, наприклад гори­зонт), дерев’яні (з терміном експлуатації до 1 року). Тому шахта завжди вимагає багато металу та деревини, які назавжди зали­шаються у виробках, навіть після закінчення їх експлуатації.

Взагалі, шахта це складна споруда, в якій дуже чітко повинні працювати системи освітлення, електропостачання, вентиляція, водовідкатка, підйом-спуск і безліч різної техніки.

Основним під’ємним механізмом є кліть, яка служить для спускання і підйому людей (тільки в певні години перезмін). Весь інший час кліть вивозить на поверхню руду або вугілля та спускає металеве або дерев’яне кріплення.

У вугільних шахтах вугілля добувають у лавах за допомогою прохідницьких комбайнів різних марок (ПК-2м, ШБМ-2, ПКГ-3 та ін.), які мають робочий орган (різальний ланцюг із зубцями, бурова коронка або фреза) і конвеєр, який відводить вугілля із зони різання в зону навантаження на інший конвеєр або безпо­середньо у вагонетку. Потім навантажені вагонетки з допомо­гою електровоза відвозиться до центрального стовбура, де з допомогою перекидача вугілля перевантажується в кліть і з допомогою підйомної машини піднімається по центральному стовбуру на поверхню, потім висипається в залізничні вагони.

У рудних шахтах руда добувається у вибоях. Оскільки рудні породи занадто міцні, то їх відділяють від масиву буровибу­ховими засобами.

Після вибуху зрошують повітря, вентилюють виробку й лише після цього, з допомогою навантажувачів перевантажують руду на транспортер, який доставляє її до вагонеток. Далі – усе так само, як і у вугільній шахті.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: