Na wybór sposobu urabiania złoża na bloki foremne mają wpływ takie czynniki jak: rodzaj skały, jej budowa, a więc struktura, tekstura, skład mineralogiczny, a dalej własności fizyczne i mechaniczne. Kolejnym zespołem czynników mających decydujący wpływ na wybór sposobu urabiania są takie warunki złożone jak: bloczność, zaleganie i kształt złoża, uławicenie oraz siatka spękań poziomych i pionowych. Biorąc wymienione czynniki pod uwagę, można tu mówić o zespole czynności prowadzących do rozpoznania warunków geologiczno-górniczych złoża.

Duży przedział zmienności własności mechanicznych urabianych skał oraz zróżnicowanie w budowie geologicznej złóż przyczynia się do stosowania różnych metod i urządzeń do urabiania złóż na bloki foremne.

Dalszym ważnym czynnikiem przy doborze sposobu urabiania jest dostęp do odpowiedniego sprzętu, a to ma duży wpływ na koszty urabiania oraz ochronę złóż blocznych. Z wyborem metody urabiania wiąże się także zagadnienie ochrony środowiska naturalnego. Duża zmienność pod względem rodzaju skały, jej własności fizycznych i mechanicznych oraz duża odmienność w budowie geologicznej złóż wymaga stosowania różnego rodzaju urządzeń pod względem sposobu i parametrów pracy. Wykaz stosowanych maszyn i urządzeń stosowanych w górnictwie skalnym do urabiania złóż kamienia na bloki foremne zestawiono w tabeli 1.

Dość liczna i szeroka oferta dla przemysłu wydobywczego pod względem odmian konstrukcyjnych maszyn i urządzeń do urabiania na bloki foremne w pełni pozwala na zaspokojenie potrzeb przy doborze odpowiednich urządzeń do odpowiedniego rodzaju skał biorąc pod uwagę ich podatność na urabianie, czyli urabialność. Biorąc powyższe pod uwagę, różnorodność stosowanych metod urabiania złóż na bloki foremne wynika ze znacznej zmienności pod względem budowy złoża i właściwości urabianych skał.

Tabela 1

Wykaz urządzeń stosowanych do urabiania złóż na bloki foremne:

Biorąc pod uwagę rodzaj skały, warunki geologiczno-górnicze, dostęp do nowoczesnych urządzeń i maszyn wydobywczych można wyróżnić następujące sposoby urabiania.

Urabianie ręczne:

– jako klinowanie przy użyciu klinów stalowych i młotów,

– przy użyciu materiału pęczniejącego – w warunkach krajowych metoda stosowana sporadycznie.

Urabianie przy użyciu MW

W praktyce stosowane są przede wszystkim trzy odmiany sposobów urabiania przy użyciu techniki strzelniczej i MW:

– strzelanie przy użyciu prochu czarnego górniczego,

– strzelanie przy użyciu lontu detonacyjnego,

– strzelanie przy użyciu specjalnego materiału wybuchowego. Taki specjalny rodzaj i typ materiału wybuchowego jest produkowany i stosowany przede wszystkim w krajach skandynawskich. Ogólnie biorąc, to stosowanie metod urabiania przy użyciu MW znalazło uznanie przy stosowaniu go w złożach skał zwięzłych i bardzo zwięzłych, a więc skał magmowych głębinowych zaliczanych do granitoidów. Natomiast metoda ta sporadycznie stosowana jest do urabiania skał magmowych wylewnych, takich jak diabaz, andezyt, bazalt, porfir itp. oraz skał metamorficznych.

To urabianie wykonywane przy użyciu palnika termicznego i dotyczy głównie granitu z odpowiednio dużą zawartością krystalicznego kwarcu. Nie ma zgodności co do ilości kwarcu w granicie. Uwzględniając powyższe, można uznać, że najniższa dolna zawartość kwarcu powinna wynosić co najmniej 15%. Natomiast według innych użytkowników i badaczy zawartość kwarcu powinna wynosić nie mniej niż 30%. Można to wytłumaczyć różnicą w budowie wewnętrznej skały, czyli jej strukturą i składem mineralogicznym. Podstawowy wniosek, jaki się nasuwa, to ten, że efektywność urabiania skały, czyli niszczenia jej spójności poprzez ogrzewanie zależy od struktury i tekstury skały oraz zawartości krystalicznego kwarcu. W urabianiu termicznym zostaje wykorzystana właściwość kwarcu krystalicznego zawartego w skale i zdolnego do przemian polimorficznych przy jego podgrzewaniu do określonej temperatury. W przemianie tej wzrost temperatury powoduje powiększanie objętości podgrzewanych ziaren kwarcu, który jest znacznie większy od wzrostu objętości ziaren innych minerałów przy określonej wysokości temperatury. W tabeli 2 zestawiono wartości wzrostu objętości ziaren kwarcu przy odpowiedniej wysokości temperatury podczas podgrzewania skały.

Tabela 2

Przemiany polimorficzne kwarcu w czasie ogrzewania

Z danych w tabeli 2 widać, że największa i znacząca wielkość wzrostu objętości ziarna kwarcu występuje przy przemianie polimorficznej z a-kwarcu do a-trydymitu. Przy tej przemianie polimorficznej obserwuje się wzrost objętości ziaren kwarcu o około 12,7%.

Po podgrzaniu do odpowiedniej temperatury objętość ziarna powiększa się i tym samym oddziałuje fizycznie na otaczające go ziarna, a to powoduje oderwanie ich od podłoża. Następnie przegrzane gazy wylatujące z dyszy z prędkością około 1300 m/s wyrzucają odspojone produkty ogrzewania w postaci fragmentów odspojonych i mniej lub więcej rozdrobnionych ziaren minerałów. Równocześnie odsłaniane są kolejne warstwy ziaren minerałów urabianych skał.

Badania laboratoryjne, jak i polowe „in situ” prowadzone były w wielu krajach, w ośrodkach badawczych w byłej Ałma Acie w Kazachstanie, Ottawie w Kanadzie, Missouri-Rolla w USA, we Francji, Niemczech, byłym Związku Radzieckim i innych. Należy nadmienić, że również w AGH w Krakowie istniało duże zainteresowanie tym tematem.

Kariera palnika termicznego rozpoczęła się w latach sześćdziesiątych ubiegłego stulecia w wyniku znacznej ilości przeprowadzonych badań w złożu i badań laboratoryjnych. Początek dała informacja z USA, że firma Browning Engineering Corporation wprowadza na rynek dwa typy palników FA-300A i FA-600A: jako paliwowo-powietrzne, oraz drugie, jako tlenowo-paliwowa. Wówczas przeprowadzono również próby cięcia granitu w kamieniołomie Strzegom. Wkrótce nastąpiło porozumienie o współpracy firmy Browning Engineering Corporation z USA z firmą Atlas Copco ze Szwecji. Porozumienie obejmowało obsługę obszaru Europy, a tym samym i obszar Polski. Nowa oferta zawierała dwa typy palników paliwowo-powietrznych FA-150 i FA-300. Firma Browning Corporation Engineering czyniła również próby zastosowania palnika termicznego do wiercenia niestandardowych otworów o zmiennej średnicy i innych elementów w budownictwie ogólnym, inżynierskim i przemysłowym, jednakże bez większego powodzenia. Wprowadzenie do eksploatacji palników termicznych było dużym krokiem w rozwoju mechanizacji w górnictwie skalnym. Charakterystyczny sposób pracy palników termicznych nie pozwolił jednakże na szerokie jego zastosowanie w robotach górniczych.

Dalszy postęp technologiczny w górnictwie skalnym przyszedł za sprawą wprowadzania nowych konstrukcji rozłupiarek hydraulicznych, wiertnic, perforatorów i wrębiarek hydraulicznych. Olbrzymi postęp przyniosło wprowadzenie do urabiania i obróbki kamienia maszyn i urządzeń uzbrojonych we wkładki diamentowe, co przyczynia się do ciągłego postępu w konstrukcji wrębiarek łańcuchowych, taśmowych i perforatorach z przeznaczeniem do różnego rodzaju kamienia. Ciągle unowocześniane są konstrukcje urządzeń i segmentów diamentowych do cięcia w złożu oraz traków linowych diamentowych dzielących z jednym, jak i z wieloma cięgnami. Należy także oczekiwać dalszego doskonalenia konstrukcji i budowy urządzeń do cięcia w złożu przy użyciu wysokociśnieniowej strugi wody – waterjetów. Postęp w budowie tych urządzeń pozwoli na szersze ich zastosowanie w procesie wydobycia, jak również w obróbce kamienia przy wyrobie galanterii kamiennej i ozdobnej.

Urabianie mechaniczne następuje przy zastosowaniu następujących urządzeń:

 – piły linowej diamentowej,

 – wrębiarki wiertniczej,

 – wrębiarki łańcuchowej,

 – wrębiarki taśmowej diamentowej,

 – rozłupiarki hydraulicznej,

 – perforatora.

Urabianie za pomocą cięcia wysokociśnieniową strugą wody – przy użyciu zestawu mobilnego na szynach z napędem pompy do wytworzenia strugi wody o bardzo wysokim ciśnieniu na wylocie dyszy roboczej.

W artykule przeprowadzono krótki przegląd wybranych technik urabiania złóż kamienia budowlanego jako surowca do produkcji kamiennych elementów budowlanych, drogowych, a następnie dla potrzeb budownictwa inżynierskiego. Przeglądem objęto w zasadzie wszystkie metody urabiania w kraju, jak i w krajach europejskich, a także innych kontynentów. Dotyczy to krajów, które posiadają mniejsze lub większe zasoby kamienia blocznego i prowadzą ich eksploatację.

Wydobycie w dużych kamieniołomach odbywa się metodami mechanicznymi. Sposób urabiania zależy przede wszystkim od rodzaju skały i warunków geologiczno-górniczych złoża. Na wybór sposobu urabiania złoża na bloki foremne mają wpływ następujące czynniki: rodzaj skały, jej struktura, tekstura, skład mineralogiczny oraz własności fizyczne i mechaniczne itp. Następna grupa czynników mających olbrzymi wpływ na wybór sposobu urabiania to warunki złożowe, bloczność, zaleganie i kształt złoża, uławicenie oraz siatka spękań poziomych i pionowych, a więc warunki geologiczno-górnicze złoża.

Z wyborem metody urabiania wiąże się także zagadnienie ochrony środowiska naturalnego. Dość istotnymi czynnikami wpływającymi na wybór metody urabiania są również dotychczasowe przyzwyczajenia, tradycja oraz poziom kultury technicznej pracowników obsługi.

W grupie skał magmowych głębinowych dość rozpowszechnioną metodą jest urabianie metodą strzelniczą przy użyciu materiału wybuchowego w trzech odmianach: nabojów wydłużonych, prochu czarnego i lontu detonacyjnego. Uzupełnienie stanowi odspajanie przy użyciu diamentowych pił linowych oraz rozłupiarek hydraulicznych. Natomiast coraz rzadziej stosowane są palniki termiczne ze względu na uciążliwość dla środowiska naturalnego. Uznanie zdobywa także urabianie z odprężaniem w grupie skał magmowych głębinowych.

W grupie skał węglanowych stosowane są zasadniczo trzy rodzaje urządzeń, takie jak diamentowe piły linowe, wrębiarki łańcuchowe oraz rozłupiarki hydrauliczne.

W grupie skał osadowych, czyli piaskowców, stosowane są rozłupiarki hydrauliczne, perforatory i diamentowe piły linowe. Następuje też powolne wprowadzanie do praktyki przemysłowej wysokociśnieniowej strugi wody.

Na mniejszą skalę do odspajania skał słabszych stosowane są materiały pęczniejące.

Literatura

Encyklopedia surowców mineralnych. H-O, PAN, Kraków 1992.

Kukiałka S., Urabianie skał na bloki – wybrane zagadnienia, „Górnictwo Odkrywkowe” nr 4, Wrocław 1988.

Kukiałka S., Wybrane zagadnienia z urabiania złóż kamienia budowlanego na bloki, „Górnictwo Odkrywkowe” nr 3, Wrocław 1994.

Kukiałka S., Wybrane zagadnienia z urabiania na bloki foremne i obróbki kamienia, „Górnictwo Odkrywkowe” nr 3–4, Wrocław 2006.

Mancini R., Cardu M., Hard Dimension Stone Extraction in Italian Quarries: an Overview of Methods and Productivities, Marmomacchine, 1996, 126.

Ryka W., Maliszewska A., Słownik petrograficzny, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1982.

Tools News. Katalog firmy Tamrock.