پس از عملیات پی جویی و اکتشاف منابع باید عملیات استخراج انجام شود. بدین منظور باید پروانه بهرهبرداری اخذ شود. پس از اخذ پروانه بهره برداری سنگ ساختمانی باید به گونه ای استخراج شود که ضمن حفظ خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خود، با شکل و اندازه منظم و مناسب از توده سنگ جدا شود.
روشهای مختلفی برای استخراج سنگها وجود دارد که به بسته به فناوری در دسترس، صاحبان معدن از آنها استفاده میکنند.
معروف ترین روشهای استخراج سنگ عبارتند از: استفاده از چالهای موازی، استفاده از پارس و گوه، استفاده از سیم برش الماسه، استفاده از برش فولادی، استفاده از سنگبرها، استفاده از مواد شیمیایی منبسط شونده و روشهای آتش کاری کنترل شده.
در طراحی استخراج سنگهای ساختمانی باید طراح یا بهره بردار به مسائل مختلفی آگاهی یابد تا بر اساس آنها برای استخراج سنگ ساختمانی برنامه ریزی اصولی به عمل آورد. مهم ترین این مسائل عبارتند از:
خصوصیات کانسار و نوع سنگ ساختمانی
قبل از طراحی معدن باید کلیه مسائل در زمینه زمین شناسی و کانی شناسی کانساربه دقت مطالعه شود. ابتدا اطلاعاتی از قبیل شکل کانسار، نوع ماده معدنی، ترکیب شیمیایی، میزان ذخیره، ضخامت باطله، محل مصرف و … به مانند سایر کانسارها مورد ارزیابی قرار میگیرد.
علاوه بر آن در مورد کانسار سنگهای ساختمانی، باید خصوصیات ویژه ای از جمله مقاومت در برابر خمش،سایش، یخبندان، گرما و سرما، میزان جذب آب، حالت سنگ از نظر نرمی و سختی
در برش، ساب و صیقلپذیری، رنگ سنگ و تغییرات آن در کانسار، ثبات یا نوسان رنگ سنگ تحت تأثیر عوامل جوی، سیستم درزه ها و شکافها، لایه بندی، وزن مخصوص، خواص حرارتی، سهولت یا دشواری در تمیز شدن و … را مورد بررسی قرار داد.( نبیان و همکاران، ۱۳۷۰)
شناخت این ویژگیها در رابطه با محل مصرف، بسیار مهم است. خصوصاً بازاریابی سنگ در کشورهای خارجی بدون آگاهی از خواص فیزیکی فوق با مشکلات زیادی روبرو خواهد شد.
سنگهای مختلف که به عنوان سنگ ساختمانی انتخاب میشوند، در مجموع باید از نظر بعضی مشخصه ها دارای حداقلی باشند.
این حداقلها ممکن است برای انواع سنگهای گرانیتی، ماسه سنگی، آهکی و … تعیین شود و علاوه بر این میتوان از نظر محل مصرف سنگ( با توجه به در دسترس آب وهوای منطقه سبک معماری و محل نصب آن) از نظر اندازه و مشخصه های دیگراستانداردهایی تعیین کرد.
سنگی که از کوه استخراج میشود باید مشخصات خاصی داشته باشد تا مورد استفاده قرار گیرد. مهمترین مشخصه های مطلوب سنگ عبارتند از:
۱- عدم وجود آثار ناشی از پدیده دگرسانی
سنگهای آذرین درونی بیشترین آمادگی را برای دگرسانی دارند. در طی فرآیند دگرسانی، کانی هایی نظیر فلدسپاتهای آلکان، پلاژیوکلازها و فلدسپاتوئیدها، پیروکسنها و الیوین که کانی های اصلی تشکیل دهنده سنگهای مزبور هستند، در صورتی که شرایط دگرسانی نظیر آب با pH مناسب، املاح محلول ،حرارت و … فراهم باشند، به سهولت دگرگون شده و به کانیهای ثانوی تبدیل میشوند.
طی این فرآیند بافت سنگها سست و متلاشی شده و خاصیت سنگ ساختمانی از دست میدهند؛ در صورتی که حتی درجه دگرسانی به میزان کمی باشد. سنگ ساختمانی مناسب نخواهد بود.
اگر سنگهای حساس به دگرسانی مد نظر باشند، حتماً قبل از هر گونه اقدامی میبایست از چند نمونه آن مقطع نازک تهیه کرده، عملکرد دگرسانی را در زیر میکروسکوپ توسط
سنگ شناس بررسی کرد و یا با انجام انالیز مینرالوژیکی به روش اشعه X وجود و یا عدم وجود
کانیهای ناشی از دگرسانی را در آنها مورد بررسی قرار داد
2- عدم وجود عوارض زمینشناسی
وجود درزه و شکاف در متن سنگ چه به صورت درزههای نسبتاً بزرگ و چه به صورت درزههای کوچک باعث کاهش مقاومت سنگ میشود و قوارهپذیری آن را در استخراج و فرآوری تحت الشعاع قرار میدهد.
در کارخانه سنگبری از مرحله اول که سنگها زیر دستگاه قله بر میروند تا مرحله آخر که پخ زدن و خشک کن است (خصوصاً در مراحل کالیبره کردن و ساب زدن که برای سنگهای آذرین از اهمیت خاصی برخوردارند) احتمال متلاشی شدن این گونه سنگها وجود دارد در بسیاری از موارد این درزهها به ویژه در سنگهای آهکی بر اثر پدیده های ثانوی پر شده و سنگ مقاومت لازم را دارا است.
اغلب این درزه ها که به صورت رگچه هایی ظاهر میشوند، رنگی متفاوت با متن سنگ دارند
در صورتی که سیستم درزهها طوری باشد که این درزهها نسبت به هم فواصل زیادی داشته باشند به طوری که بتوان تخته سنگهای قواره از آن استخراج کرد، مناسبترین شرایط استخراج فراهم شده است. به عبارت دیگر معدن سنگ ساختمانی ایدهآل، معدنی است که بتوان سیستم درزه و شکافهای موجود در سینه کار، بلوکهای بزرگ و قواره استخراج کرد، به طوری که سطوح قطعه سنگهای استخراج شده سطوح درزههای طبیعی باشند. این گونه درزهها در روش استخراج به وسیله سیم برش مشکلاتی ایجاد میکند. چه بسا وجود سیستمهای درزه در معدن بنا به تشخیص کارشناس استفاده از برش را نیز منتفی کند.
3- نداشتن شیستوسیته و لایه بندی
سنگی که دارای ساختار ورقه ای و یا شیستوزیته باشد، معمولاً در راستای موازی با سطح تورق دارای کمترین مقاومت است. سنگهای دارای شیستوسیته (مثل شیلها و…) به دلیل عدم امکان کار بر روی آنها و سستی مناسب نیستند، کلیه واحدهای سنگی نازک لایه برای احداث
کارگاه های استخراج کوپ برای سنگ نما مناسب نیستند. شاید بتوان در شرایط ویژه ای از سنگهای نازک لایه که ضخامت لایهها از ۲۰ تا ۴۰ سانتیمتر باشد برای تهیه مالون استفاده کرد.
لایهبندی سنگهای مناسب برای تهیه کوپ باید طوری باشد که بتوان در امتداد آن کوپ با اندازههای مناسب را استخراج کرد.
در مواردی که ضخامت لایهها به اندازه یکی از ابعاد کوپ باشد به طوری که سطح لایه بندی یکی از سطوح کوپ باشد وضع ایده آلی فراهم شده است
4- داشتن قابلیت برش ساب و صیقل
از مشخصات اصلی سنگهای ساختمانی صیقلپذیری آنها است این عامل بدون شک پارامتر بسیار مهمی در تعیین میزان محبوبیت، قیمت و میزان فروش سنگ محسوب میشود.
یک فرد با تجربه میتواند فقط با مشاهده سنگ در مورد درجه و کیفیت صیقلپذیری آن اظهار نظر کند سنگهایی که به علت تنشهای تکتونیکی ناهماهنگی بافت و یا اثرات هوازدگی، حفرهدار هستند، قابلیت صیقل پذیری کمی دارند و مسلماً بازار فروش چندانی نداشته و در نتیجه قیمت بالایی نخواهند داشت.
با انجام چند آزمایش تجربی بر روی کوپ نمونه میتوان قابلیت برش، ساب و صیقل سنگ را مورد بررسی قرار داد.
جلاپذیری سنگها به وزن مخصوص آنها بستگی دارد. هر چه وزن مخصوص سنگ بیشتر باشد، جلاپذیری آن بیشتر خواهد بود.
معمولاً سنگهای با وزن مخصوص کمتر از ۱۵۰۰ کیلوگرم بر سانتی مترمکعب جلا بر نمیدارند و سنگهای با وزن مخصوص بیش از ۲۴۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مکعب دارای جلاپذیری بسیار خوب بوده و آیینه ای میشوند سنگهای با وزن مخصوص بین این دو کم و بیش جلا بر می دارند.
۵- داشتن سختی قابل قبول
میزان سختی سنگهای ساختمانی بسیار متفاوت است به طوری که دامنه تغییرات سختی این سنگها از درجه سختی خیلی کم سنگ صابون تا سختی بیشتر از فولاد (گرانیت) تغییرمیکند.
میزان سختی در قیمت تمام شده سنگ و همین طور برای استفاده در یک محل خاص که نیاز به تحمل فشار و سایش زیادی است، بسیار مؤثر است.
سختی سنگها به خصوص سنگهایی که در کفها و پله ها به کار میروند. بایستی کافی باشد.
سختی زیاد نیز شرایط برش و صیقل دادن سنگ را مشکل ساخته و هزینه تهیه سنگ را بالا میبرد. لذا سختی باید در حد قابل قبولی باشد.
تهیه سنگ از گرانیت و کوارتزیت به دلیل سختی زیاد آنها، گران تمام میشود اما این سنگها به دلیل زیبایی و مقاومت خوب گرانترند.
تهیه سنگهای معمولی مثل تراورتن به دلیل سختی کم، بسیار ارزان تر تمام می شود. این گونه سنگها در عین حال مقاومت خوبی دارند.
۶- داشتن جذابیت از نظر زیبایی رنگ و تباین رنگها
اهمیت رنگ در سنگها بر کسی پوشیده نیست. حتی بعضی از معماران رنگ سنگ و جلوه آن روی بنا یا داخل ساختمان را بر هر کیفیت دیگری در سنگ ترجیح میدهند.
سنگها ممکن است در مقاطع صیقلی مختلف دارای ظاهری متفاوت باشند. در برش کوپ ها باید زیباترین مقطع را انتخاب کرد.
سنگ مطلوب دارای رنگ یکنواخت و روشن بوده و رنگ آن در مقابل نور آفتاب و آب وهوای محیط تغییر نمیکند.
به هر حال زیبایی و جذابیت رنگ به بازار و سلیقه مشتری بستگی دارد به طوری که در بعضی مواقع و در نقاط خاص، بازارسنگهای مختلف کشش متفاوتی دارد.
ولی با توجه به تنوع طلبی بشر، رنگ دلخواه ممکن است به مرور تغییر کند و الگوی به کار گرفته شده در سنگ متفاوت شود.
اهمیت و نقش تعیین کننده رنگ سنگ کاملاً واضح است به طوری که شاید بتوان گفت مؤثرترین عامل در انتخاب سنگ از نظر معماران است.
البته سبک و شکل ساختمان، سلیقه خریداران در ارجحیت دادن رنگی به رنگ دیگر مؤثر است ولی با توجه به تغییر سلایق مردم که در سالیان نه چندان دور بیشتر از سنگ نما با رنگ روشن ،سفید، استخوانی یا کرم استفاده میشد ولی اکنون بیشتر مد یا سلیقه به طرف استفاده از گرانیتهای سبز، سیاه یا قرمز تیرهرنگ است.
البته در شهری با میزان آلودگی زیاد مثل تهران شاید به نوعی بهره گیری از زمینه تیرهرنگ عاقلانه تر باشد.
با به طور مثال هر دو نوع تراورتن سفید و انواع گردوئی و قرمز
رنگ این سنگ دارای یک نحوه تشکیل بوده و حتی نمونه سفید در مواردی مقاومت بیشتری از نوع رنگی دارد ولی نوع رنگی دارای قیمتی چندین برابر نوع سفید است.
7-عدم وجود لایههای رسی در داخل سنگ
بعضی از سنگها ظاهراً مقاوم و محکم هستند ولی به علت پر بودن فاصله دانهها از رس، مقاومت آنها در مجاورت با آب به کمترین مقدار میرسد.
ترکیبات رسی بیشتر از بقیه کانیها مستعد به هوازدگی هستند، لذا وجودشان در سنگهای ساختمانی نامطلوب است. بنابراین وجود لایه های رسی در داخل سنگ باید مورد بررسی قرار گیرد.
سنگهای آهکی مارنی که درصد کمی رس دارند، به سادگی برش خورده و صیقل داده میشوند. این سنگها نسبت به سنگ آهک خالص مقاومت کمتری دارند و به زودی فرسوده میشوند.
از این رو در اغلب موارد برای مصرف در پله ها کف راهروها و سرویسها مناسب نیستند.
به طور کلی وجود بیش از ۳ درصد مواد رسی در سنگ آهکهایی که به عنوان سنگ ساختمانی استفاده میشوند مجاز نیست.
با انجام تجزیه مینرالوژیکی سنگها به روش اشعه X میتوان به سادگی به درصد رس موجود در آنها پی برد (نبیان و همکاران ۱۳۷۰)
8- کم بودن تخلخل و ضریب جذب آب
یکی از مهمترین پارامترهایی که توسط خریدار و مصرف کننده حتماً باید مورد توجه قرار گیرد، میزان تخلخل در سنگهای نما است.
تخلخل از عوامل اصلی در شکسته شدن و جدا شدن سنگ از سطح بنا است. نفوذ آب در خلل و فرج موجود در سنگ و یا راه پیدا کردن آب به قسمت بین سنگ و دیوار یا کف و در اثر سرمای زیر صفر درجه، در ابتدا درزه و شکافهای جزئی ایجاد و در نهایت باعث شکسته شدن و جدا شدن یک یا چند پلاک از سطح بنا میشود. این امر باعث بد نما شدن و ایجاد مشکلاتی برای یافتن پلاکهای با همان طرح و رنگ و جایگزینی سنگ جدید میشود.
۹- داشتن مقاومت اصطکاکی فشاری و کششی مناسب
بسته به محل مصرف سنگ، سنگ باید مقاومت اصطکاکی فشاری و کششی لازم را داشته باشد. برای اغلب کارهای ساختمانی مقاومت فشاری ۴۰۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع کافی است.
۱۰- داشتن دوام مناسب
به رغم باور بسیاری از مردم که سنگ را تخریب ناپذیر میدانند، سنگهای ساختمانی از کانیها و موادی تشکیل شدهاند که تحت شرایط معین در معرض حمله قرار میگیرند و دست خوش تغییر میشوند.
مقاومت سنگهای ساختمانی در مقابل عواملی مانند هوازدگی، آتش سوزی، گرما و سرما باید مورد توجه قرار گیرد.
عامل هوازدگی به دو دسته شیمیایی و فیزیکی تقسیم می شود. عوامل شیمیایی مانند اثر عواملی مثل دی اکسید کربن، دی اکسید گوگرد و اکسیژن و عوامل فیزیکی مانند انجماد آب، ذوب یخ و اثر نور و گرمای خورشید، که به طور مداوم بر سنگ تأثیر میگذارند، میتواند بسیار تأثیر گذار باشد.
لذا در انتخاب سنگ مناسب باید شرایط آب و هوایی مورد توجه قرار داد به طوری که مثلاً در مناطق با بارندگی و گازکربنیک زیاد، استفاده از سنگهای آهکی و به خصوص تراورتنها مناسب نیست.
سنگهای کربناتی در شرایط جوی اسیدی، مستعد هوازدگی شیمیایی هستند، برای مثال مجسمههای سنگی که قدمت آنها از سال ۱۱۷۰ میلادی به بعد است و در منطقه صنعتی راین – روهر آلمان قرار دارند، از اوایل سده حاضر فروپاشی شتابانی را طی کرده اند، و وضوح آنها کاهش یافته است.
این مجسمه ها از ماسه سنگهایی ساخته شدهاند که درصد بالایی از دانهها و سیمان آنها (۶۴) درصد کلسیت است و هوازدگی آنها شامل ترکیبی از هوازدگی شیمیایی کلسیت با حمله به سیمان سنگ و هوازدگی فیزیکی از راه رشد کانیهای نمک در فضاهای منفذی است.
یک جو آلوده هر دو نوع هوازدگی را سرعت می بخشد.
۱۱- آسانی استخراج
آسانی استخراج مهمترین عامل در قضاوت سنگ برای انتخاب آن به عنوان سنگ ساختمانی است. وضعیت معدن باید به گونهای باشد که بتوان قطعات بزرگ و بدون عیب سنگها را استخراج کرد.
ایده آلترین بلوک های سنگ از نظر استخراجی، بلوکهایی هستند که شیب توپوگرافی کمتر از ۳۰ درجه دارند و امکان احداث راه دستیابی به نقاط بالایی آنها به سادگی وجود داشته و همچنین به امکانات شهری و راههای ارتباطی اصلی نزدیک باشند.
۱۲- وجود ذخیره کافی
یکی از مشخصههای مطلوب سنگ آن است که برای حداقل یک دوره بهرهبرداری اقتصادی ذخیره کافی قابل استحصال داشته باشد.
۱۳- سایر عوامل
با توجه به محل نصب سنگ در بنا و محیط آب و هوایی محل مصرف آنها، ویژگیهای مطلوب سنگ ممکن است تغییر کند.
مثلاً سنگی که از نظر رنگ، صیقل پذیری و یکنواختی دانه ها خوب بوده ولی مقاومت اصطکاکی کمی دارد، میتواند در نما و دیوارها به عنوان سنگ مطلوب مصرف شود، ولی در کف نامطلوب خواهد بود یا سنگی که همۀ مشخصههای یک سنگ خوب را دارا بوده ولی مقاومت آن در مقابل یخ زدگی کم است برای مناطق سردسیری برای مصرف در قسمت های بیرونی ساختمان ،نامطلوب ولی برای مصرف در مناطق غیر یخبندان مطلوب خواهد بود.
در مناطقی که بارندگی زیاد و گاز کربنیک موجود در فضا نسبتاً فراوان است، استفاده از سنگهای آهکی به خصوص انواع تراورتنها برای نمای خارجی بناها معقول نیست.