استخراج سنگ های ساختمانی با سیم برش الماسه

این مقاله با نگاه ویژه به نحوه کاربرد سیم برش الماسه در معدن تراورتن صوفی آباد ماکو و با توجه به گزارش بهره‌برداری آن معدن نوشته مهندس اردوان پویان، تنظیم شده است. هم چنین در مواردی از مقاله مطالعه سنگ‌‌های ‌تزیینی با نگاهی به تراورتن‌ها ‌نوشته مهندس مجید پور مقدم استفاده شده است.

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 می‌شود.

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 می‌کند. 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.

به منظور خنک کردن سیم الماسه باید پیوسته آب وارد شیار سنگ شود. حداقل آب مورد نیاز ۶ تا ۸ لیتر در ده دقیقه است که توسط پمپ آب پیش بینی شده در معدن و از مخازن آب تأمین خواهد شد. سیم الماسه حامل سیگمنت‌‌های ‌الماسی به صورت حلقه‌‌هایی ‌به قطر ۱۰ تا ۱۱ میلی متر است که روی سیم کابل فولادی به قطر ۵ میلی‌متر قرار می‌گیرد و در فواصل بین سیگمنت‌ها سیم فنر‌های ‌فولادی و اتصالات ایمنی قرار دارد.

تعداد سیگمنت‌ها در هر متر طول سیم الماسه به حدود ۳۳ عدد است که به فواصل ۲۵ تا ۳۲ میلی متر از یکدیگر قرار می‌گیرند.

در روش برش سنگ با سیم برش الماسه پس از آمادگی ابتدایی طول در صورتی که سه سطح آزاد وجود داشته باشد، جهت استخراج بلوک کافی است یک حفاری عمودی از سطح بالای سینه کار تا کف سینه کار (نقطه B) و با عمق مورد نظر و سپس در حفاری افقی از نقاط A و C تا نقطه B (طول‌های ‌‌DA و DC قبلاً با توجه به شرایط طول انتخاب شده‌اند) صورت پذیرد.

سیم الماسه از داخل چال‌‌های ‌عمودی و افقی عبور کرده (BA و B و A) و سپس دور یک چرخ بسته شده که چرخ نیز توسط محرک دیزلی یا الکتریکی به حرکت در می‌اید. در این وضعیت قسمت فوقانی تحت کشش بوده که باعث برش سنگ شده در حالی که قسمت پایین سیم تحت کشش نمی‌باشد.

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 می‌کند له نماید. حمل و نقل بلوک‌‌های ‌ماده معدنی پس از مرحله برش برای جدا کردن بلوک بریده شده از سینه کار، از جک‌‌های ‌هیدرولیک و بالشتک‌‌های ‌فشرده، استفاده می‌گردد.

جک‌‌های ‌هیدرولیکی توسط یک پمپ هیدرولیکی راه‌اندازی می‌شود. این جک قدرت زیادی دارند به طوری که با دو عدد از آن‌ها می‌توان بلوک‌‌های ‌سنگ را تا وزن ۳۵۰ تن حرکت داد. بالشتک‌‌های ‌هوای فشرده از الیاف مصنوعی و لاستیک مقاوم ساخته شده و ابعاد آن‌ها حدود ۴ * ۶۰ * ۶۰ سانتی‌متر است.

ابتدا بالشتک‌ها را وارد شیار حاصل از برش نموده آنگاه شیر هوای فشرده کمپرسور را باز می‌کنند. هوای فشرده با فشار ۷ اتمسفر وارد بالشتک می‌شود. در نهایت بالشتک با فشاری معادل ۵۰۰ آتمسفر به سنگ جانبی فشار وارد می‌کند که در اثر آن بلوک سنگ به حرکت در آمده و از سینه کار دور می‌شود تا در کامیون بارگیری گردد.

 

در معادن سنگ تزیینی معمولی که در استان آذربایجان غربی رواج بیشتری دارند، دستگاه سیم برش الماسه در یک معدن معمولا با دستگاه‌های ‌جانبی چون یک دستگاه قواره ساز (مینی برش)، یک دستگاه پمپ آب، یک دستگاه حفاری (راسول) و یک دستگاه ژنراتور وجود دارد. یکی از مواردی که در بکارگیری سیم برش الماسه باید در نظر داشت توجه سیستم درزه‌ها ‌و شیب آنها و ویژگی‌های ‌‌لایه‌ها ‌می‌باشد.

 

مراحل مختلف کاری روش استخراج مکانیزه با سیم برش الماسه به شرح زیر است:

 

 

الف- انتخاب محل

انتخاب محل در این روش بسیار مهم است. یکی از دلایل این اهمیت این است که قیمت تمام شده سنگ قواره این سیستم در مقایسه با سیستم‌های ‌دیگر بالاست. از این رو محل بکارگیری سیستم برش باید از هر نظر دارای سنگ سالم، یکدست و خوش‌رنگ بوده و نیز باید دقت شود که سنگ محل مورد نظر تحت تاثیر عوامل تکتونیکی خورده نشده باشد.

 

ب- مختصات پله

در این انتخاب باید عواملی چون عدم وجود احتمال پارگی سیم، کم بودن اتلاف انرژی، راحت بودن استقرار دستگاه‌های ‌برش و حفاری و بارکننده بستگی دارد.

 

پ- ابعاد کوپ

 

ت- جهت سینه کار

بهترین جهت سینه کار عمود بر محور اصلی شکستگی‌های ‌‌موجود است تا بتوان بهترین راندمان ممکن را از سیستم برش گرفت.

 

ث- حفاری

این مرحله مهمترین مرحله در کاربرد سیم برش الماسه است و لذا دقت وافری را طلب می‌نماید. مهمترین کار در این قسمت تعیین محل حفر، ارتباط چال‌ها با یکدیگر، تعیین محل چال با توجه به درزه‌ها ‌و شکستگی‌ها ‌و سطوح موجود در سنگ و نیز با توجه به گونیا بودن سنگ صورت می‌پذیرد. جهت و میزان حفاری با توجه به سطوح آزاد سنگ (جبهه آزاد) مشخص می‌گردد.

در نخستین مرحله کار حفر، چال قائمی به فاصله معین از سطح آزاد سنگ (جبهه آزاد) حفر می‌گردد. این فاصله به میزان ارتفاع پله وابعاد کوپ بستگی دارد. عمق چال بایستی کمی بیش از ارتفاع پله باشد. سپس در افق کف کارگاه دو چال که کاملا در یک افق قرار دارند و نسبت به هم عمودند، عمود بر چال قائم حفر می‌شوند که در نتیجه این سه چال بصورت یک کنج قائم همدیگر را قطع می‌کنند.

همان گونه که مشخص است این کار دقت بسیار بالایی را طلب می‌نماید و کوچکترین لغزش در انتخاب زاویه حفر هر یک از چال‌ها سبب می‌گردد که آنها در نهایت در یک کنج به هم نرسند و عملیات منتفی گردد. به همین دلیل برای اینکه بتوان در عملیات دقت بیشتری لحاظ نمود از ابزاری همچون دوربین و نیز در حالتی عملی تر از شمشه و تراز و شاقول و نقاط کمکی استفاده می‌شود. حفر چال‌ها به کمک دستگاهی که راسول نامیده می‌شود انجام می‌پذیرد.

 

ج- ارتباط چال‌ها ‌در سینه کار با دو جبهه آزاد

ابتدا چال قائمی به شیوه پیش گفته حفر می‌شود و سپس به کمک شمشه و ترازو و شاقول دو نقطه در کف کارگاه مشخص می‌گردد که همان نقاطی است که باید از آنها دو چال افقی عمود بر هم و عمود بر چال قائم حفر گردد. این چال‌ها چال قائم حفر شده را در یک نقطه قطع می‌نمایند.

اما اگر این قطع شدگی به صورت دقیق انجام نگیرد، یعنی محل تقاطع آنها در یک افق کامل قرار نگیرد، سبب می‌شود که عبور سیم الماسه با مشکل مواجه گردد. هم چنین به دلیل زوایایی که در محل تقاطع چال‌ها بوجود می‌اید، لازم است که سیم را با دست در داخل چال‌ها حرکت دهیم تا هنگام شروع به کار، دستگاه به راحتی راه اندازی گردد.

 

چ- ارتباط چال‌ها ‌در سینه کار با یک جبهه آزاد

برای ایجاد سطح آزاد لازم برای برش ابتدا سه نقطه در روی خطی که در فاصله حدود سه متر از سطح آزاد قرار دارد انتخاب نموده و از دو نقطه اول و دوم دو چال بطور موازی و عمود بر بلوک انتخاب شده حفر می‌گردد. واضح است که عمق چال اول باید بیش از ارتفاع جبهه کار باشد. عمق چال دوم تقریبا معادل یا کمی بیش از ارتفاع سینه کار می‌باشد. سپس با استفاده از خواص مثلث، محل و شیب چال مورب را طوری محاسبه می‌کنیم که محل برخورد چال مورب و چال دوم در کف کارگاه قرار گیرد.

حفر چال مورب را ادامه می‌دهیم تا چال اول را در افق کف کارگاه قطع نماید. پس از اینکه این سه چال در افق کف کارگاه به هم رسیدند دو چال افقی دیگر نیز حفر می‌شود به طوری که قرینه دو چال افقی پیشین باشند و این چال‌ها را در افق کف کارگاه قطع نماید. بدیهی است بدین ترتیب چال دوم، چال مورب را نیز در افق کف کارگاه قطع خواهد نمود. با توجه به در اختیار بودن این چال‌های ‌ارتباط یافته به هم، می‌توان چهار سطح بلوک مورد نظر را برش داده و از سینه کار جدا نمود و سطح آزادی برای برش‌های ‌بعدی بوجود آورد.

 

ح-ارتباط چال‌ها ‌در برش گوه ای

روش دیگر برای ایجاد سطح آزاد در بلوک از برش گوه‌ای استفاده می‌شود. در این روش ابتدا یک چال عمودی با فاصله حدود سه متر از جبهه آزاد سینه کار حفر می‌شود و در افق کف کارگاه نیز دو چال افقی در راستای چال حفر شده قبلی حفر می‌شود بطوری که سه چالی همدیگر را در یک نقطه قطع نمایند.

 

برش با استفاده از سیم برش الماسه

پس از انجام عملیات حفر چال‌ها، سیم الماسه از چال‌هایی ‌که بهم ارتباط یافته‌اند عبور داده می‌شود. سپس دستگاه برش برای انجام عمل برش در مکان مناسبی مستقر می‌گردد. نکات زیر باید برای برش در نظر گرفته شوند:

الف- تعیین اولویت سطوح برش

برای تعییین اولویت سطوح در برش باید نکات زیر را مد نظر قرار داد:

• در صورتی که سنگ سالم و بدون شکستگی باشد بهتر است اول سطوح جانبی و سپس کف بلوک بریده شود.
• در صورتی که بلوک دارای شکستگی باشد و این احتمال وجود داشته باشد که بلوک بر روی سیم تکیه نماید، بهتر است نخست برش افقی کف را انجام داد و سپس سطوح جانبی را برش داد.
• در برش برای ایجاد سطح آزاد (روش سه چال در یک سطح)، اولین سطحی که مورد برش قرار می‌گیرد سطح پشتی است. در این حالت برای روان حرکت کردن سیم الماسه بهتر است یک رشته سیم بگسل با قطر و مقاومت بیشتر از چال‌ها، چند بار بوسیله افراد در داخل مسیر حرکت داده شود تا شروع حرکت سیم الماسه روانتر گردد.

 

ب- برش افقی

ریل و پایه‌های ‌‌دستگاه برش باید کاملا تراز و حتی الامکان نزدیک به افق کف کارگاه تنظیم گردد، در غیر این صورت در سطوح بریده شده انحنا‌هایی ‌بوجود آمده و در کف کارگاه نیز دندانه‌‌هایی ‌‌ایجاد خواهد شد.

 

ج- برش عمودی

هنگام تنظیم دستگاه در برش‌های ‌عمودی باید در نظر داشت که در یک سطح نبودن پولی‌های ‌دستگاه برش با چال‌های ‌ارتباطی باعث ایجاد انحنا در سطوح برش و کارگاه خواهد گردید.

 

د- زاویه برش

در صورتی که زاویه سطح برش بسته باشد، باعث ایجاد اشکال در شروع حرکت سیم الماسه و یا پارگی در سیم می‌گردد. لذا پیش از شروع برش بایستی چند مرتبه سیم مذبور را بوسیله افراد در همان مسیر حرکت داد تا گردش ابتدایی سیم روان‌تر گردد. در صورتی که زاویه سطح برش باز باشد باید به کمک نصب پولی‌های ‌کمکی در مسیر سیم الماسه، از فشار به سیم و دستگاه کاست تا سیم دچار پارگی نگردد.

 

برای کاهش دندانه‌های ‌‌بوجود آمده در کف کارگاه نیز می‌توان موارد زیر را در نظر داشت:

• حتی المقدور طول چال‌های ‌افقی را افزایش داد.
• چال‌های ‌‌افقی را کاملا در افق کف کارگاه حفر نمود.
• تا جایی که ممکن است دستگاه برش را در کف کارگاه تنظیم نمود.

 

ه- جهت گردش سیم الماسه

در مورد جهت گردش سیم الماسه در نظر داشتن موارد زیر ضروری است:

• گردش باید طوری باشد که دهانه‌های ‌‌سیگمنت الماسه همیشه با با آب تماس داشته، خنک شود. به عبارت دیگر جریان آب در مسیر سیم حرکت کند.
• در صورت امکان در برش‌های ‌‌عمودی جهت حرکت سیم از پایین به بالا یا مخاف عقربه‌های ‌‌ساعت حرکت کند و اب در پایین چال باشد.

 

در برش‌های ‌افقی، حتما جریان آب باید در امتداد شروع برش و موافق جهت گردش سیم قرار گیرد و در هنگام اتصال دو سر سیم الماسه باید به ازای هر متر طول سیم آنرا ۳ الی ۴ دور پیچ داد تا در زمان برش سیم علاوه بر حرکت دورانی در چال بدور خود نیز چرخش داشته باشد و باعث خورده شدن دهانه‌های ‌‌سگمنت در یک سطح نشود