Производство щебня

Щебень – сыпучий нерудный стройматериал с зёрнами крупнее 5 мм, получаемый при дроблении и последующем отсеве горных пород и гравия. Производство щебня включает несколько этапов, ключевыми из которых являются дробление и сортировка. Щебень востребован во всех сферах строительства, а также в благоустройстве или ландшафтном дизайне.

Технология дробления горных пород

На дробильно-сортировочный завод поступают крупные куски породы (500-1200 мм). Из приёмного бункера они подаются на питатели, равномерно распределяющие породу по дробилке.

В зависимости от требуемой фракции, материал проходит 2-4 стадии дробления:

• крупное – до 300 мм;
• среднее – до 100 мм;
• мелкое – до 40 мм.

Процесс включает два основных этапа:

• Предварительное грохочение – сортировка сырья, отделение крупных кусков;
• Дробление – измельчение только тех обломков, которые требуют дальнейшей обработки.

Пример поэтапного производства щебня с размером зерна 5–20 мм:

1. С питателей материал подается на предварительное грохочение. Обломки крупнее 200 мм отправляются в дробилку, затем возвращаются в общий поток;
2. Куски размером более 100 мм измельчаются, а затем возвращаются в общий поток;
3. Третий грохот приводится для отсеивания фрагментов крупнее 40 мм, которые также дробятся;
4. На финальной стадии удаляются и измельчаются куски крупнее 20 мм. Затем материал поступает на сортировку, где отделяется отсев (фракция 0–5 мм). Готовая партия щебня фракции 5–20 мм отправляется на объект заказчику. Из фракции 5–20 мм при необходимости дополнительно разделяют на подфракции.

Производственное оборудование

Выбор оборудования для производства щебня определяется масштабом и типом месторождения породы. Когда речь идёт о крупных, мощных залежах, которые планируется разрабатывать в течение многих лет, наиболее рациональным будет строительство стационарного дробильно-сортировочного производственного комплекса. Такой завод требует значительных первоначальных вложений, включая обустройство капитальных зданий, создание инфраструктуры, помещений для персонала. Кроме того, для разработки скальных пород на карьере необходимы мастера по буровзрывным работам. Стационарное размещение оборудования обеспечивает максимальную производительность, стабильность технологического процесса, позволяет сократить штат обслуживающего персонала за счёт высокой степени автоматизации.

В случаях, когда сырьевая база представлена несколькими небольшими или средними залежами, расположенными на некотором удалении друг от друга, более целесообразным становится использование мобильных дробильно-сортировочных комплексов. Такие комплексы монтируются на колёсном или гусеничном шасси и способны самостоятельно перемещаться между объектами. Это исключает необходимость строительства капитальных зданий для каждого месторождения. Хотя мобильные установки дороги и несколько уступают стационарным по производительности, их мобильность обеспечивает значительную экономию времени и средств при освоении новых участков. Мобильные комплексы не требуют капитального размещения и могут размещаться на открытых площадках или в ангарах для техники.

Основу любого производства щебня составляют два типа машин: питатели и дробилки.

Питатели

Это оборудование предназначено для равномерной подачи горной массы из приёмного бункера в дробилку, что предотвращает её перегрузку и обеспечивает стабильную работу всей линии. Питатели бывают:

• Пластинчатые – массивный конвейер, состоящий из соединённых между собой стальных пластин (пластинчатого полотна), который приводится в движение мощными электродвигателями через редуктор. Устанавливаются пластинчатые питатели под разгрузочным отверстием бункера. Они способны принимать тяжёлые и крупные куски породы, поступающие с карьера. Их конструкция прочная, надёжная;
• Вибрационные – работают по иному принципу. Их рабочий механизм (лоток) установлен на пружинных амортизаторах и приводится в возвратно-поступательное движение с помощью электромагнитных или эксцентриковых вибраторов. Вибрация заставляет крупные обломки породы не просто скатываться, а «подпрыгивать» вперёд, обеспечивая их равномерное движение к приёмному бункеру дробилки. Такие питатели отличаются высокой точностью дозирования.

Дробилки

Это основное технологическое оборудование, где происходит непосредственное разрушение кусков горной породы. Выбор типа дробилки зависит от стадии дробления, а также требуемой формы зерна. Дробилки бывают:

• Щёковые – машины первичного, крупного дробления, конструкция которых включает две массивные плиты – «щёки». Одна из них не движется, а другая совершает качающиеся движения. Сырье, попавшее в межплиточное пространство, дробится при сближении «щек». Продукт дробления получается неоднородным по размеру и форме, с высоким содержанием лещадных (плоских) зёрен, поэтому щёковые дробилки используются только на первом этапе обработки сырья;
• Валковые – состоят из двух параллельных валов, вращающихся навстречу друг другу. Поверхность валов может быть гладкой, рифлёной или зубчатой. Сырье затягивается в пространство между валами и раздавливается или раскалывается. Такие дробилки применяются для среднефракционного дробления породы средней прочности;
• Конусные – используются для среднефракционного или мелкого дробления прочных абразивных пород. Конструкция включает два конуса: внешний неподвижный и внутренний подвижный. Подвижный конус вращается внутри неподвижного, раздавливая породу. Это обеспечивает высокую производительность, однородность щебня;
• Роторные – работают по ударному принципу. Порода загружается в камеру, где на высокой скорости вращается ротор с закреплёнными на нём сменными билами (лопатками). Сырье с огромной силой ударяется о билы, отбойные плиты камеры, разрушаясь. Этот метод позволяет получать щебень преимущественно кубовидной формы с низким содержанием лещадных зёрен;
• Молотковые – по конструкции схожи с роторными, но вместо бил на роторе шарнирно закреплены тяжёлые стальные молотки. Они эффективны для измельчения мягких и хрупких пород невысокой прочности (известняк, мел, гипс), так как работают не только за счёт удара, но также за счёт истирания материала молотками;
• Центробежные (дробилки с вертикальным валом). Сырьевая порода подаётся в центр движущегося ротора (вертикального вала) и под действием центробежной силы отбрасывается на высокой скорости к стенкам камеры, облицованным футеровкой. Измельчение происходит за счёт соударения кусков. Это обеспечивает получение высококачественного кубовидного щебня с размером гранул до 40 мм.

В классической схеме производства стандартных фракций обычно применяется комбинация щёковой дробилки (для первичного крупного дробления) и конусной (для последующего среднего и мелкого размола). Если же технологическое задание требует получения кубовидного материала с минимальным включением лещадных зёрен, то на стадиях среднего и мелкого дробления предпочтение отдаётся роторным или центробежным установкам.

Фракционная сортировка щебня

После дробления сырье подают на сортировку, которую проводят на грохотах. Это оборудование представляет собой сложную систему сит с отверстиями разного диаметра, расположенных одно над другим. Сортировка всегда идёт от крупных размеров зерен к мелким, поэтому сито с наибольшим размером отверстий устанавливается сверху.

Отдельный грохот рассчитан на выделение строго определённой фракции. Например, на установке, настроенной на получение фракции 5-20 мм, без дополнительного грохочения невозможно выделить отдельно фракцию 5-10 мм, так как для этого требуется отдельное сито с соответствующим размером ячеек. При использовании многоярусных грохотов с несколькими ситами возможно одновременное получение нескольких фракций.

Процесс сортировки включает несколько этапов:

• предварительная – проводится до дробления, позволяя отделить материал, не требующий измельчения или некондиционные обломки;
• контрольная – проводится после дробления для выявления камней, требующих отправки на повторное измельчение;
• товарная – финальный этап, на котором материал разделяется по фракциям для дальнейшей реализации.

Согласно ГОСТ 8267-93, фракции делят на основные и специальные (выпускаемые по отдельному соглашению).

К основным фракциям относятся:

• 5-10, 10-15, 5-20, 10-20 мм – применяют в производстве бетона и асфальтобетона в качестве заполнителя;
• 20-40 мм – применяется в строительстве, в том числе для бетонирования массивных конструкций и устройства фундаментов, а также при выполнении дорожных работ
• 40-70 мм – используется как основание для автомобильных дорог, балласт для железнодорожных путей или в других крупных строительных работах.

По отдельному заказу производятся специальные фракции:

• 4-8 мм (евростандарт) – для асфальтобетона повышенного качества при строительстве автомагистралей;
• 70-120 и 120-150 мм – для бутобетонных фундаментов, заполнения габионов и в ландшафтном дизайне.

Оборудование для сортировки щебня

Для разделения щебня по фракциям применяются грохоты. Их производительность напрямую зависит от интенсивности вибрации рабочего органа.

По типу установки грохоты бывают:

• стационарные – отличаются высокой производительностью и стабильностью работы, применяются на крупных производственных линиях, однако требуют капитального размещения и значительных первоначальных вложений;
• мобильные – наиболее распространённый тип. К ним относятся решётчатые, колосниковые, дисковые, цепные грохоты.

По форме ячеек сита различают:

• с круглыми;
• прямоугольными;
• квадратными;
• продолговатыми отверстиями.

По форме рабочей поверхности грохоты делятся на:

• плоские;
• барабанные;
• дуговые;
• круглые.

Современные сортировочные установки в подавляющем большинстве являются мобильными. Они монтируются на гусеничном или колёсном шасси, что позволяет легко перемещать их по производственной площадке. Они часто входят в состав многофункциональных дробильно-сортировочных комплексов и могут использоваться для сортировки не только щебня, но и других сыпучих материалов.

Применение щебня

Щебень – это универсальный строительный материал, используемый в транспортном, промышленном, гражданском строительстве, а также при изготовлении бетона и асфальта. Его используют в самых разных сферах благодаря прочности, долговечности, разнообразию фракций.

Основные направления применения щебня:

• Фундаментные работы. Щебень служит основой для подушек под фундаменты зданий и сооружений, а также применяется для уплотнения или укрепления слабых грунтов;
• Производство бетона/асфальтобетона. Используется в качестве крупного заполнителя, обеспечивая прочность, долговечность конструкций;
• Транспортная инфраструктура. Незаменим при закладке автомобильных дорог, железных дорог. Из него формируют насыпи, используют для балластировки железнодорожного полотна;
• Гидротехнические сооружения. Применяется для защиты берегов, дамб и других объектов от размыва, эрозии;
• Благоустройство и временные дороги. Используется для отсыпки временных проездов, пешеходных дорожек, тротуаров и площадок;
• Очистные сооружения. Служит фильтрующим слоем, который задерживает твёрдые частицы, предотвращая засорение систем.

Влияние происхождения на сферу использования

Свойства и назначение щебня зависят от типа породы, из которой он получен:

• Гранитный и гравийный – прочный, морозостойкий. Применяются там, где предъявляются высокие требования к надёжности: в ответственных конструкциях, дорожном строительстве, производстве качественного бетона;
• Известняковый – обладает меньшей прочностью. Его используют в местах, где не требуется высокая несущая способность, например, для устройства оснований с невысокой нагрузкой или в сельском хозяйстве;
• Шлаковый – отличается высокой гигроскопичностью (способностью впитывать влагу), теплопроводностью и может содержать повышенное количество кислот и серы. Его применение ограничено специфическими условиями, например, в дорожном строительстве или как добавка в бетон;
• Вторичный (получаемый путём дробления бетонного лома) – как правило уступает по прочности, морозостойкости по сравнению с природными аналогами. Его применяют для засыпки временных дорог, укрепления грунтовых оснований, монтаже дренажных систем или в других работах, не требующих высокой долговечности материала.