CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ KHAI THÁC ĐÁ KHỐI
2.6. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ KHAI THÁC ĐÁ KHỐI
2.6.1. Khai thác đá xây:
Đá xây, gạch chèn đƣợc sản xuất từ đá túp, đá vôi, và các loại đá khác với kích thước xác định để xây dựng các công trình vĩnh cửu như các tòa nhà lớn, chân cầu, và các công trình kiên cố khác. Nó đƣợc sản xuất bằng cách cƣa tách ra khỏi khối tại gương khai thác thành các viên đá có kích thước yêu cầu. Thường dùng máy cưa
Hình 2-6. Cẩu cột buồm dùng trong khai thác đá khối ốp lát
Hình 2-7. Cẩu tháp Derrick dùng trên một mỏ đá khối ở Ấn Độ đĩa, máy cắt có trang bị dao phay để sản xuất ra đá loại này. Đặc điểm của sơ đồ công nghệ này là chiều cao tầng thấp ( 0,4 – 3,0m), và cần phải đảm bảo kích thước của viên đá với sai số cho phép đến mm. Thông thường người ta sử dụng chiều cao tầng bằng hoặc gấp một số lần kích thước yêu cầu của viên đá.
Khoáng sàng khai thác đá xây thường có hệ số bóc đất thấp. Khi đất đá bóc mềm, chiều dày không lớn thì có thể sử dụng máy ủi và máy xúc tải để xúc bóc trực tiếp. Khi đất đá bóc cứng thì dùng phương pháp khoan nổ mìn và máy cắt đá đặc biệt. Tuy nhiên, khi dùng phương pháp nổ mìn sẽ làm ảnh hưởng đến độ ổn định của lớp đá nằm dưới đó, nên giữa tầng đá nổ mìn và đá cần cưa cắt phải để lại một lớp bảo vệ. Lớp này đƣợc bóc bằng máy cắt, hay sử dụng lỗ khoan con kết hợp với tạo rạch sơ bộ bằng máy rạch để cắt sâu 20 – 50cm vào khối đá, nhằm tạo nên bề mặt bằng phẳng của tầng cắt đầu tiên. Đất đá nổ mìn đƣợc máy xúc phối hợp với ô tô để chở đi. Sau khi kết thúc công tác bóc đá phủ, dọn sạch và san bằng mặt tầng trên cùng, tiến hành khoanh vùng biên giới khai thác, và đào hào chuẩn bị đầu tiên.
Quá trình cắt đá từ nguyên khối gồm có 3 công đoạn chính là:
- Công đoạn thứ nhất: tạo mạch cƣa thẳng đứng vuông góc với tuyến khai thác.
Các mạch cưa này chia tuyến thành những phần bằng nhau, và bằng kích thước của khối đá thành phẩm.
- Công đoạn thứ hai: tạo mạch cƣa ngang theo toàn bộ chiều dài của tầng.
- Công đoạn thứ ba: tạo mạch cƣa thẳng đứng song song với tuyến khai thác, tách đá ra khỏi nguyên khối.
Việc tách đá ra khỏi nguyên khối có thể thực hiện bằng hai phương pháp sau:
- Phương pháp thứ nhất dùng một máy cắt hoàn thành lần lượt tất cả các mạch cƣa ngang, đứng ( đứng thẳng góc và đứng song song với tuyến tầng).
- Phương pháp thứ hai là cưa tất cả các mạch cưa bằng một tổ máy đặc biệt, trong đó mỗi máy chỉ hoàn thành một loại mạch cƣa nhất định ( đứng dọc, đứng ngang, hoặc nằm ngang). Tất cả các máy của tổ máy đều đƣợc điều khiển thống nhất và chuyển động cùng một hướng.
Phương pháp thứ hai có hiệu quả hơn và có trình độ cơ giới hóa toàn bộ, tự động hóa cao.
2.6.2. Khai thác đá khối:
Khai thác đá khối để sản xuất đá trang trí và các sản phẩm phục vụ xây dựng – kiến trúc. Để sản xuất đá ốp lát trang trí, người ta sản xuất các loại đá đáp ứng được
yêu cầu về độ bền, chất lƣợng hoa văn trang trí, và tính nguyên khối, nhƣ đá granite, cẩm thạch, gabro, monzonite…
2.6.2.1. Khai thác khoáng sàng đá granite:
Các khoáng sàng đá granite lớn thường bị phủ bởi một lớp đất mặt không dày lắm hoặc lộ ngay trên mặt đất. Phần trên của khoáng sàng đá granite do bị phong hóa mà có độ bền thấp, do vậy không thuận lợi cho sản xuất đá khối. Chiều sâu của đới phong hóa thường 6 – 8m hoặc hơn. Điều này làm tăng hệ số bóc và gây khó khăn cho công tác chuẩn bị. Nhằm bảo tồn giá trị của khối đá, lớp đá granite phong hóa đƣợc làm tơi bằng nổ mìn lỗ khoan nhỏ với thuốc nổ có sức nổ yếu. Công nghệ bóc đá cũng giống nhƣ các mỏ khác.
Công tác khai thác trên khoáng sàng đá granite có những đặc điểm riêng: đá granite đƣợc khai thác với mục đích xây dựng kiến trúc nên cần có độ bền cao tùy theo tuổi thọ yêu cầu của công trình, và có khả năng sản xuất đƣợc khối đá có kích thước lớn, đảm bảo tính trang trí. Việc lựa chọn phương pháp khai thác trước hết phải lưu ý là bảo toàn chất lượng của khối đá. Phương pháp nổ mìn dùng chất nổ mạnh nên hạn chế áp dụng, vì khi nổ mìn sẽ dễ tạo nên khe nứt. Phương pháp khai thác tốt nhất là tách chúng ra khỏi nguyên khối bằng máy cƣa cáp hoặc máy cắt đá giống nhƣ khi khai thác đá cẩm thạch, và các loại đá có độ bền thấp nhất. Song vì đá granite có độ bền cao, do đó nên tạo rạch theo đường biên của khối đá bằng máy đập rạch, hay khoan theo mạch cần tách bằng các lỗ khoan nhỏ (gần sát nhau). Áp dụng phương pháp nêm, phối hợp giữa khoan và nêm, hoặc nổ bằng lượng thuốc yếu. Việc duy trì độ bền và tính nguyên khối của đá granite đƣợc tiến hành bằng cách tạo rạch theo biên giới của khối đá. Tuy nhiên, phương pháp này không được áp dụng rộng rãi do năng suất lao động thấp. Nó chỉ đƣợc sử dụng để khai thác các khối đá có kích thước lớn và có giá trị. Áp dụng phương pháp nêm chẻ phối hợp với nổ mìn bằng thuốc đen là kinh tế và có năng suất hơn cả. Tạo rãnh để đóng nêm bằng búa khoan cầm tay, hay bằng cách khoan các lỗ khoan nhỏ sâu 10 – 12cm.
Năng suất cao nhất là phương pháp nổ mìn, sử dụng thuốc đen để thay thế cho tác dụng của nêm. Thuốc nổ đen có vận tốc nổ không lớn lắm ( khoảng 400 m/s), và
khi nổ, áp lực khí trong buồng nổ tăng dần tới trị số tách được khối đá theo đường kháng nhỏ nhất.
Khai thác đá khối có thể tiến hành theo một hoặc hai giai đoạn. Khi khai thác một giai đoạn, các khối đá granite có kích thước lớn sau khi tách khỏi nguyên khối, nhờ thiết bị nâng và phương tiện vận tải sẽ được chuyển ra khỏi mỏ tới chỗ chế biến hay trực tiếp đến hộ tiêu thụ. Khi khai thác theo hai giai đoạn thì sau khi tách khối đá lớn ban đầu ra khỏi nguyên khối, sẽ tiến hành tách nó thành những khối đá có kích thước đúng tiêu chuẩn bằng phương pháp khoan nêm chẻ trực tiếp trên mỏ.
Chiều rộng, chiều cao, và chiều dài của khối đá ban đầu đƣợc xác định trên cơ sở hệ thống khe nứt tự nhiên và hướng tách đá. Thường thì chiều dài 8 – 12m, chiều rộng 3 – 6m, chiều cao 2- 5m. Thể tích của các khối đá nhỏ thường trong giới hạn 1 – 4m3. Kinh nghiệm khai thác các mỏ đá granite ở nước ngoài cho thấy tỷ lệ thu hồi không quá 40%. Khối lƣợng mỏ còn lại là đá hộc, đá dăm các loại. Bởi vậy, khi chọn phương tiện xúc bốc, vận chuyển cần phải lưu ý đến cả đá lớn và đá bé.
2.6.2.2. Khai thác khoáng sàng đá cẩm thạch:
Quy trình công nghệ và cơ giới hóa công tác khai thác khoáng sàng đá cẩm thạch và granite phần lớn là giống nhau, chỉ khác ở quá trình bóc tách đá khối. Các khoáng sàng đá cẩm thạch thường có đặc điểm là cấu tạo phức tạp, bị tách thành những khối riêng biệt do hệ thống khe nứt song song có hướng cắm khác nhau. Vì thế hệ số thu hồi đá khối trên khoáng sàng cẩm thạch thường không vượt quá 15%.
Đá cẩm thạch có độ bền cao ( giới hạn bền đến 120 – 130Mpa). Bởi vậy trên các mỏ lộ thiên khai thác đá cẩm thạch ( cũng như đá granite), thường áp dụng phương pháp khoan nêm chẻ với đường kính lỗ khoan 30 – 40mm, được khoan trên toàn chiều cao hay chiều rộng của khối đá. Khoảng cách giữa các lỗ khoan từ 20 – 40cm. Phương pháp khoan nêm chẻ đơn giản, cơ động, cho phép tách được các khối đá có kích thước bất kỳ, và có thể sử dụng trong điều kiện phức tạp. Nhưng phương pháp này đòi hỏi nhiều lao động thủ công, năng suất lao động thấp. Vì vậy, người ta có hướng sử dụng phương pháp nêm thủy lực có trình độ cơ giới hóa cao hơn, và năng suất lao động lớn hơn.