با توجه به پیشرفت روزافزون صنعت و معدن و اهمیت بالای آن، امروزه بسیاری از معادن باارزش ایران به روش روباز استخراج می شوند. ایران تنوع چشمگیری از سنگهای تزیینی مختلف را در خودجای داده است، ولی متأسفانه سهم چندانی از بازارهای جهانی را کسب نکرده است. گرچه عوامل متعددی در این عدم موفقیت سهیم هستند ولی روش های نامناسب تولید، استخراج و فرآوری به ویژه برای سنگ های سخت مانند گرانیت باعث گردیده است تا نتوان از پتانسیل های معدنی ایران استفاده بهینه نمود. روش های متعدد و متنوعی برای استخراج سنگ های ساختمانی وجود دارد. استفاده از مواد منفجره، برش با جت آب، لیزر، شعله وغیره به دلایلی از قبیل هزینه تمام شده بالا، محدودیت تجهیزات، مطالعاتی بودن روش و پایین آوردن کیفیت قواره، کاربرد زیادی در استخراج سنگ های ساختمانی ندارند. روش مرسوم در اکثر معادن سنگ های ساختمانی، استفاده از سیم برش الماسه و مواد انبساطی است.
کوپ: قطعه ای از سنگ که معمولا بیش از چند تن است و تا ۲۰ تن نیز می رسد کمترین وزن کوپ به بازار و نوع سنگ بستگی دارد. مثلا در مورد مرمر به قطعات در حدود ۵۰۰ کیلوگرم نیز کوپ می‌گویند .
قواره: به قطعاتی از سنگ ساختمانی که تقریبا به شکل مکعب مستطیل باشدقواره گویند. وزن قواره معمولا بیش از۱۰ تن است.
پلاک: صفحاتی از سنگ ساختمانی که در کارخانجات سنگبری از قواره یا کوپ تهیه می شوند و پس از ساب وصیقل بهقطعات موردنظر تقسیم می شوند.
سنگ لاشه: سنگهای ساختمانی که ضمن استخراج سنگ قواره یا کوپ بدست می آید و معمولا شکل هندسی خاصی ندارد وعمدتا به عنوان باطله از معدن خارج می شود.
سنگ گلدانی: به سنگهای لاشه قابل استفاده جهت تهیه اشیای زینتی گفته می شود در معادن مرمر به سنگهای کمتر از۵۰۰ کیلوگرم سنگهای گلدانی گویند.
روش استخراج سنگ به کمک چالهای موازی، قدیمی ترین روش استخراج سنگ از سینه کار می‌باشد. در این روش ابتدا در خط مورد نظر که بعداً ضلعی از صفحه جدا شدنی خواهد بود، تعدادی چال به فواصل معین از یکدیگر حفر می گردد. فاصله چال های یک ردیف می تواندتا چندین سانتیمتر متغیر باشد. این امر به نوع سنگ ، وزن مخصوص واستحکام سنگ بستگی دارد.هر چه چال ها به هم نزدیکتر باشند، بلوک بهتر ومطمئن تر جدا می شود. البته از نظر اقتصادی تعداد زیاد چال ها پر هزینه است و باید فاصله مناسب چال ها را برای هر نوع سنگ با آزمایشات متعدد به دست آورد. تعداد چالها در هر بلوک سنگ با افزایش طول و عرض بلوک کاهش پیدا می کند. بنابراین استخراج بلوکهایی با طول وعرض بیشتر اقتصادی تر است البته بزرگی بلوک به شرایط معدن و وسایل و ماشین آلات بستگی دارد.همچنین عمق چال به جنس سنگ و ارتفاع بلوک مورد نظر بستگی دارد . به عنوان مثال:گرانیت چهار پنجم ارتفاع بلوک، سنگ آهک یک سوم تا یک دوم ارتفاع بلوک، مرمر دو سوم ارتفاع بلوک
استخراج سنگ به کمک چال های موازی برای کانسارهایی که لایه بندی طبیعی دارند و نیاز به حفر چال های افقی ندارند نظیر معادن تراورتن با موفقیت انجام میگیرد.و همچنین برای معادن گرانیت با توجه به سختی سنگ روشی مناسب است.پس از حفر چال های مورد نیاز به سه روش بلوک را از توده سنگ جدا می کنند.
پس از حفر چال ها در هر یک، دو تیغه ی فلزی و یک گوه که از جنس فلز محکم است، قرار می گیرد.در این حالت ابتدا گوه به کمک یک چکش سبک، جا گذاری می شود. سپس با یک پتک به وزن ۱۰ کیلوگرم عمل ضربه زنی به روی گوه تا شکافتن سنگ صورت می گیرد.
در این روش جهت جدا کردن بلوک از توده سنگ پس از حفر چال ها از یک نوع چکش هیدرولیکی استفاده می شود. با این روش زمان استخراج کاهش می یابد و قدرت بدنی کمتری لازم است.این چکش ها قدرت زیادی دارند و با یک پمپ هیدرولیکی راه اندازی می شوند. نیروی محرکه می تواند توسط نیروی برق و یا هوای فشرده تأمین گردد. در برخی موارد، پمپ هیدرولیکی به وسیله موتور بنزینی به حرکت در می آید.
در معادن سنگ گرانیت معمولاً ابتدا چالهای عمودی و افقی به فواصل مناسب حفر می شوند آنگاه با استفاده از مواد ناریه مخصوص و فتیله انفجاری آتشباری صورت می گیرد وبلوک از توده سنگ جدا می شود. در این روش برای آتشباری از مواد منفجره ای که وزن مخصوص وسرعت انفجار کم دارند مانند: K – Pipechargاستفاده می شود.
ماشین های سنگ بر در سنگهایی که سختی آن چندان زیاد نیست با موفقیت به کار رفته ولی در سنگهای سخت نظیرگرانیت نتیجه مطلوبی نداشته است. روش استخراج به کمک ماشین سنگ بر بدین گونه است که با ماشین صفحات از پیش تعیین شده سنگ را می برند و بلوک را از سینه کار جدا می کنند . ماشین های سنگ بر طوری به کار گرفته می شوند که صفحات پیاپی از بلوک های متعددی در طول یک خط بریده می شوند و بدین وسیله جابه جایی ماشین به حداقل می رسد.
این دستگاه دارای بازویی است که روی آن زنجیری به سرعت حرکت می کند. ماشین میتواند به صورت عمودی یا افقی قرار گیرد. در نتیجه این ماشین قادر است شیار عمودی یا افقی در سنگایجاد نماید.
این دیسک ها کاملاً شبیه دیسکهای مورد استفاده در کارخانجات سنگبری است. با به کار بردن آلیاژهای گرانتر و یا الماس، در دندانه های دیسک، می توان سرعت برش را افزایش داد و سنگهای سخت نظیر گرانیت را نیز برید.دستگاه همزمان با برش ، در جهت برش حرکت می کند وجدولهای سنگی به طول و عرض و ارتفاع معین را جهت نصب در محوطه ساختمانها و خیابان ها وغیره مستقیماً از معادن استخراج می نماید.
از آنجا که با دیسک برنده، امکان تهیه بلوک های بزرگ وجود ندارد، یک نوع ماشین با صفحه فرز ابداع شده است که جهت استخراج بلوک های بزرگتر به کار می رود. در این دستگاه یک صفحه برنده به نام « فرز »، توسط چرخ دنده ای که خود به وسیله موتور دستگاه به حرکت درمی آید گردانده می شود .
در روش استخراج هیدرومکانیکی آب به وسیله آبفشانهایی که با موتورهای هیدرولیکی به حرکت درمی آیند، در سنگ شیار ایجاد می نماید. در این روش آب تحت فشار بسیار زیاد قرار می گیرد و جریان آب به صورت یک رشته باریک به قطر مداد معمولی از سر شیلنگهای مخصوص و دورانی به سنگ پاشیده می شود و انرژی سینتیک آب باعث بریده شدن سنگ می گردد. در برخی از انواع آبفشان‌ها،آب به شکل ضربهای از دهانه خارج می شود. در این صورت می توان فشار آب را به تراکم زیادتری افزایش داد.
در این روش به کمک شعله در عمق صفحه مورد استخراج و در سطوح مختلف شیاری به ضخامت ۷۰ تا ۱۰۰ میلی متر ایجاد می شود. در واقع برای برش سنگ از خاصیت ذوب یا خاصیت سوزاندن سنگ استفاده می شود که خودپارامتری از جنس سنگ است. حرارت لازم از گازوییل به عنوان سوخت اصلی وهوای فشرده به عنوان کمک تأمین می گردد. عمل برش توسط کارگر انجام می شود شعله ایجاد شده با حرارتی بیش از ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد به سنگ برخورد می کند. بر اثر استنباط ناشی از حرارت، پوسته ی سنگ جدا می شود و گازهای حاصله ذرات را معلق می‌سازد . مصرف ویژه سوخت در این روش به ازاء هر متر مربع از صفحه مورد برش حدود ۵۰ ـ ۴۰ لیتر است و با توجه به قیمت سوخت که در اکثر کشورها بالاست و مشکلاتی که در زمینه حفاظت کارگران در مقابل حرارت وصدای زیاد وجود دارد، این روش استخراج چندان متداول نیست و فقط در بعضی از معادن گرانیت که کاربرد سایر روشها نیز پرهزینه است، به کار می رود.
استفاده از شیوه برش با سیم فولادی ، از یکصد سال پیش در معادن بزرگ سنگ کشورهای اروپایی نظیر ایتالیا متداول گردیده است. در این روش ابتدا چالهایی با طول بیش از۳۰ متر، که درسطوح مختلف یکدیگر را قطع می کنند، حفر می گردد.آنگاه با عبور سیم های فولادی از چالها قسمتی از سنگ محدودشده به برش آن اقدام می شود.اساس کار بر حرکت دورانی یک سیم فولادی تحت کشش است که به کمک پودر سیلیس و آب موجب برش سنگ می شود. به طوری که این سیستم برش، از یک دستگاه نیروی محرکه، تعدادی قرقره هدایت کننده، دستگاه ایجاد کشش وابزارهای کمکی وابسته، تشکیل شده است. جهت ایجاد کشش لازم، از روش آویزان کردن وزنه به ارابه ای که حاوی قرقره است، استفاده می شود. با این روش به راحتی می توان با تغییر زاویه ای که به قرقره می دهند، سطوح افقی یا عمودی را برید.
دستگاه سیم برش الماسه شامل سیم الماسه به طول ۲۵ تا ۴۵ متر (حداکثر ۱۵۰ متر) به وسیله یک اینچ با قرقره راهنما، در یک جهت معین به طور دایم روی سنگ بریده میشود. برای این منظور ابتدا در سنگ دو چال عمود برهم که محدوده بلوک را تشکیل میدهد حفر شده سیم الماس را از آن عبور داده می شود. دستگاه برش در موقع کار بر روی ریل قرار دارد و با استفاده از امکانات الکترونیکی و هیدرولیکی به طور اتوماتیک بر روی ریل جابجا میشود و با انجام عمل برش خود را به عقب میکشد. نیروی کشش سیم که حدود ۱۰۰ تا ۱۵۰ کیلوگرم است به صورت ثابت حفظ میشود. دستگاه وینچ معمولاً در فاصله ۵ الی ۸ متری سینه کار قرار میگیرد. بدین ترتیب حدود ۱۵ متر از سیم الماسه به طور آزاد کار می کند. مکانیزم دستگاه به گونهای است که میتوان با جابجایی و تغییر جهت محور وینچ از حالت افقی به عمودی سنگ را به طور افقی و یا عمودی برید.برش افقی باید زمانی صورت گیرد که برش عمودی کوه هنوز انجام نگرفته است زیرا در غیر این صورت در انتهای برش افقی امکان دارد بلوک سنگ از کوه جدا شده و سیم برش را که در حالت افقی کار می کند له نماید. حمل و نقل بلوکهای ماده معدنیپس از مرحله برش برای جدا کردن بلوک بریده شده از سینه کار، از جکهای هیدرولیک و بالشتکهای فشرده، استفاده میگردد.
اجزاء دستگاه برش عبارتند از : موتور دستگاه – قرقره ها- ریل ها
اجزا سیم الماسه عبارتند از : سگمنت الماسه( عملیات برش توسط آن انجام می شود)- فنر فولادی – رینگ فاصله (بوش)- رینگ ایمنی( به صورت صنعتی که پس از هر ۵ سگمنت یک دانه پرس شده است)- اتصالات رزوه ای – سیم بکسل فولادی
جهت برش سنگهایی که سختی متفاوتی دارند سیم های مختلف وجود دارد سرعت حرکت سیم به سختی سنگ بستگی دارد .
معمولاً در سنگهای سخت در حدود ۲۰ تا ۳۰ متر در ثانیه و در سنگهای چینی و مرمریت در حدود ۳۰تا ۳۶ متر بر ثانیه است .
سرعت برش سنگ به جنس و کیفیت سنگ بستگی دارد در معادن مرمریت از ۴ تا ۷ متر مربع در ساعت است که در حالت خوب به ۹ متر مربع نیز می رسد. در اثر اصطکاکی که بین سیم و سنگ بوجود می آید اجزاء فلزی سیم الماسه سریعاًفرسوده می شود .
بنابراین پس از ۲۰۰ الی ۳۰۰ متر مربع برش باید قطعاتی مانند فنرها و اتصالات تعویض شود. برای جلوگیری از خطرات احتمالی و راندمان بیشتر ، کنترل هر روزه اتصالات سیم ؛ یکی از کارهای ضروریمی باشد. همچنین برای اینکه در مواقعی که سیم پاره می شود سیگمنتها و اتصالات پرتاب نشوند به ازای هر سیگمنت یک رینگ ایمنی پرس شده که در صورت پاره شدن سیم تنها حداکثر ۵ سیگمنت و فنر از کابل جدا خواهد شد.
نکته مهم دراستفاده بهینه از سیم الماسه، تولید بلوک هایی با حداقل هزینه توسط تعدیل پارامترهای مؤثر در برش مؤثر است. چندین پارامتر در عملیات برش با سیم الماسه تأثیرگذار هستند که به طور کلی به دو دسته پارامتر های غیر قابل کنترل و پارامترهای نسبتاً قابل کنترل تقسیم بندی میشوند. پارامترهای غیر قابل کنترل از جمله خصوصیات فیزیکی مکانیکی و بافتی سنگ، که قبل از عملیات برش باید تعیین شود. بعد از تعیین پارامترهای غیر قابل کنترل، یک فرآیند برش خوب با تعدیل پارامترهای به طور جزئی قابل کنترل، قابل دسترسی خواهد بود.این پارامترها به طور مختصر در جدول (۱) آورده شده اند .
با افزایش سایش سگمنت ها، نرخ برش وکارایی سیم کاهش می یابد و هزینه عملیات افزایش خواهد یافت. مهم ترین موضوع در کار با سیم برش الماسه، تعیین شرایط عملیات به طوری است که سایش به حداقل و کارایی به حداکثر برسد.
امروزه معدنکاری و شیوه های رایج در آن در حال تحول دائمی است و بسیاری از مراکز و مؤسسات تحقیقاتی فعال در امور معدن برای پیش‌برد اهداف معدنکاری دست به تولید موادی می‌زنند که بیشترین بازدهی را دارا بوده و در عین حال علاوه بر ارزانی قیمت ، با محیط زیست سازگاری داشته باشد.
یکی ازمواردی که به طور روز افزون در کارهای معدنی ایران مورد استفاده قرار می گیرد انواع پودرهای منبسط شونده است. این ماده به جای ماده ناریه، در معادن سنگ ساختمانی مورد استفاده قرار گرفته است و مصرف آن‌ها در معادن سنک ساختمانی رو به افزایش است. قدرت انفجار و تخریب این مواد نظیر باروت و دینامیت و آنفو نیست و در واقع به نوعی کار پارس و گوه را انجام میدهد.برای استفاده از این مواد باید چالهای موازی در سنگ، حفر کرد. سپس ماده مورد نظر را با آب مخلوط کرده تا بصورت دوغاب درآید. دوغاب در چالها ریخته شده و پس از مدتی در اثر پدیده آب‌گیری، دوغاب تا چندین برابر حجم خود افزایش حجم میدهد در اثر این افزایش حجم تنش فشاری بسیار زیادی به دیواره چال وارد میشود. این پودرها انواع مختلفی دارند مانند: فرکت، دکسپن، استامیت، کتراک و ….. که در ادامه چند نوع از این پودرها را معرفی می کنیم.
محصول جدیدی از کشور ایتالیاست که استفاده از آن مزایای بسیار زیادی نسبت به کلیه روش های استخراج در سنگ های ساختمانی دارد. هزینه های این روش در حالت کلی از بقیه روش های مشابه پایین تر و نیاز به ماشین آلات سنگین ندارد. این ماده می تواند درمحدوده گسترده دمایی (اززیرصفردرجه سانتی گرادتا ۷۰درجه سانتی گراد) بنحوی عمل کند که، هیچ ماده ای تا به امروز نتوانسته است این چنین عملکردی داشته باشد. این پودر در ۶ نوع متفاوت و با توجه به درجه حرارت محیط در بازار موجود است. معادنی که در ایران از این پودر استفاده می کنند: معدن سنگ گرانیت نائین اصفهان، معدن سنگ گرانیت لواسان شمال تهران و معدن سنگ گرانیت میبد یزد می باشند.
این ماده در حال حاضر در ایالات متحده کاربرد زیادی در استخراج سنگ های ساختمانی دارد.
کتراک ازجمله موادغیرمنفجره شیمیایی درمعادن می باشد.که با استفاده ازاعمال نیروی کشش دردیواره چال باعث شکست سنگ می گردد.کتراک به گونه ای عمل می کند که گازوحرارت بالایی تولید نکرده ولی عمل شکست راتقریبا مانند انفجار انجام می دهد. از این ماده نیز در استخراج سنگ در ایران استفاده می شود.
یکی ازمواد به کار رفته در استخراج سنگ های ساختمانی و تا حدودی کمتر در کارهای عمرانی می باشد. هر چند در نگاه نخست قیمت پایین این مواد باعث استقبال ازآن می گردد، اما درنهایت هزینه های جانبی و کاهش میزان استخراج سبب بالا رفتن هزینه های تمام شده خواهد بود. استامایت ازجمله مواد منفجره شیمیایی غیرمعمول در معادن می باشد که یک ماده تخریب کننده بدون صدا و خطر می باشد. استامایت در چهارنوع مختلف و در چهار شماره در بازار موجود می باشد. که هریک از انواع آن برای سنگ ها در درجه حرارت محیطی خاص به کارمی رود. یکی از عیوب اساسی این ماده دیر عمل کردن و در برخی موارد عمل نکردن این ماده است. یکی دیگر از بزرگترین معایب این ماده عدم کارایی در برش کف می باشد.
در شرایطی که صنعت سنگ ساختمانی در جهان بیش از ۸۰ میلیارد دلار گردش مالی سالانه دارد، ایران میتواند با در اختیار گرفتن سهم ۱۰درصدی از این بازار همه ساله حدود ۸ میلیارد دلار صادرات داشته باشد. در ایران تا قبل از سال ۱۳۶۶ اغلب معدنکاران توجه خاصی به نحوه استخراج نداشته و توجه خود را تنها به کم کردن هزینه و افزایش تولید معطوف می داشته اند و از آنجا که معادن سنگ تزئینی سود دهی خوبی داشته اند، سرمایه گذاران زیادی به این بخش از معادن جلب گردیدند، بدون اینکه تجربه خاصی داشته باشند. درسال ۱۳۶۶ شورای هماهنگی سنگ های تزئینی تغییر روش استخراج در معادن سنگ تزئینی را از انفجاری به روش های جدید در برنامه کارخود قرار داد و در دومین سمپوزیوم معدنکاری در کرمان، بهره برداری از معادن جدید را منوط به استفاده از روشهای استخراج بدون مواد ناریه کرد. درحال حاضر استخراج ۹۰ درصد معادن سنگ تزئینی ایران با سیم برش الماسه صورت می گیرد. دیگر روش های استخراج که یا به صورت ترکیبی با روش های دیگر و یا با توجه به شرایط خاص بعضی از معادن در کشور استفاده می شوند به ترتیب عبارتند از: مواد شیمیایی منبسط شونده (کتراک)، استخراج به کمک پارس و گوه دستی و مکانیکی، دستگاه هاواژ و سیم برش فولادی می باشند. در بعضی از معادن سنگ گرانیت و یا معادنی که ضخامت لایه ها کم باشد معدنکاران از روش نعل و پارس، دستگاه هاوژ و کتراک استفاده میکنند. هرچند اکثر معادن از سیم برش استفاده می کنند ولی بدلیل استهلاک دستگاه ها، اصولی نبودن جهت سینه کار باز شده و پله ها و رعایت نشدن استانداردها ایران فاصله زیادی با کسب جایگاهی ویژه در استخراج سنگ های ساختمانی و صادرات این محصول دارد.
