Способы каменоломных работ

Уже достаточно много привела описаний работ, выполнявшихся в нашем государстве в 19 веке. Ещё было несколько статей про то, как работали с камнем иностранцы. Недавно нашла нечто новое. Разумеется, многое вам уже знакомо, но способ "повторение - мать учения" всё ещё работает. Книга Merrill, George P. Stones for building and decoration 1910 г. сообщает не только о том, как выполнялись карьерные работы в начале 20-го века, но и про более давние времена. Перед вами перевод от непрофессионала, потому поправки и замечания только приветствую! Сначала об отделении камня от скального тела.

ДОБЫЧА ГРАНИТА

Методы добычи, естественно, различаются в зависимости от вида и качества добываемого материала. Во всех случаях цель состоит в том, чтобы получить большие и хорошо сформированные блоки с минимальными затратами времени и денег, и при этом, по возможности, без использования каких-либо взрывчатых веществ, поскольку внезапный толчок, вызванный взрывом, с большой вероятностью может привести к образованию скрытых трещин и разрушению ценного материала.

Использование взрывчатки при добыче гранита менее опасно, чем при добыче песчаника или мрамора, в то же время большая твёрдость камня делает добычу его другими способами значительно более сложной и дорогостоящей.

На ведущих карьерах штатов Мэн и Массачусетс используется только паровой бур и подъёмное оборудование. С помощью буров на глубину, зависящую от толщины пластов, на определённых интервалах сверлятся отверстия для клиньев (lewis) * или серии отверстий. Затем в них закладывается взрывчатка (не слишком много) и производится одновременный взрыв. Чтобы отделить блоки от массива, в карьерах Хэллоуэлла, где пласты гранита полностью отделены друг от друга, этого достаточно, после чего их разбивают клиньями. Однако во многих карьерах, где пласты толще, или нижние стыки менее выражены, необходимо просверлить ряд горизонтальных отверстий вдоль линии, где предполагается отделить породу от массива, а затем завершить процесс с помощью клиньев.

(*) Я также встречал написание слова louis. От меня: Из глосария в конце книги: "Отверстие Льюиса* представляет собой ряд из двух или более отверстий, пробуренных как можно ближе друг к другу, а затем соединённых путем выбивания тонкой перегородки между ними, образуя таким образом одно широкое отверстие, имеющее наибольший диаметр в плоскости с желаемым разломом. Взрывы из таких отверстий имеют клиновидное действие, и с их помощью можно извлекать более крупные и лучше сформированные блоки, чем это было бы возможно в противном случае. Говорят, что такой тип отверстия был придуман мистером Джозефом Ричардсом (Joseph Richards) из Куинси, хотя точная дата его изобретения нам неизвестна. Этот же джентльмен был также изобретателем бучардного молотка, который, однако, при первом патентовании, примерно в 1831 году, представлял собой цельную деталь, а не несколько частей, скреплённых болтами, как сейчас." 

В карьерах на острове Кротч, на побережье штата Мэн, пласты отделяются по краям путём сверления двух параллельных рядов отверстий. Расстояние между рядами составляет от 2 до 4 футов (0.6 м - 1.2 м), а между отверстиями — 8 дюймов (22 см), каждое отверстие достигает дна пласта. Затем в эти отверстия закладываются заряды, чередуя патрон динамита с деревянной пробкой на всю глубину, и подрываются один за другим. Это так измельчает гранит между отверстиями, что его можно удалить лопатой, и обеспечивает свободный край для дальнейшей работы. После этого блоки весом от 100 до 200 тонн отделяются от основной массы с помощью взрывов, организованных по системе Нокса, и, следом, с помощью клиньев и перьев перерабатываются в блоки стандартных размеров. По словам Дж. В. Льюиса, метод отделения больших пластов камня от массива, применяемый в Маунт-Эйри, Северная Каролина, заключается в следующем:

Никаких забоев или карьерных стен не используется, работы ведутся на склоне холма на значительной площади обнажённой скальной породы. Отверстия сверлятся перпендикулярно поверхности на глубину от 6 до 12 футов , в зависимости от желаемой толщины камня, а затем производится серия лёгких взрывов, при этом заряды постепенно увеличиваются. Образовавшийся разлом начинается в плоскости, почти параллельной поверхности, но постепенно, с каждым последующим взрывом, наклоняется вверх, пока, наконец, не выходит на поверхность на расстоянии от 150 до 200 футов от центра. Взрывные работы повторяются до тех пор, пока, по опыту, не будет установлено, что пласт почти полностью отделился от массива. После чего его оставляют, чтобы он окончательно отделился под действием уже возникших напряжений, чему способствуют последовательные расширения и сжатия в течение дня и ночи. Обычно одного-двух дней достаточно для завершения отделения, и камень готов к раскалыванию с помощью клиньев на куски желаемой формы. Это делается путём работы от края к центру, постепенно приближаясь к самой толстой части в центре.

ДОБЫЧА МРАМОРА.

В настоящее время при добыче мрамора и других мягких пород широко используются канавочные машины. Эти машины, как показано на иллюстрации, движутся по узким рельсам вперёд и назад по дну карьера, вырезая вертикальные канавки шириной около 2 дюймов и глубиной от 4 до 6 футов (1.22 - 1.83 м). После завершения прокладки канавок вдоль нижней части блока сверлится ряд отверстий на расстоянии от 8 дюймов (0.2 м) до 2 футов (0.6 м) друг от друга, после чего блок отделяется от залежи с помощью клиньев. Это нижнее сверление называется горняками «гаддингом» (gadding), и для этой цели были разработаны специальные машины, известные как «гаддинговые машины». (См. рисунки на страницах 409 и 410). На мраморных карьерах Вермонта для гаддинга используются как алмазные буровые установки Sullivan, так и ударные буровые установки Ingersoll. Нижние отверстия обычно сверлятся на глубину, равную примерно половине ширины извлекаемого блока, хотя эта глубина, а также частота сверления могут варьироваться в зависимости от характера породы.

Для откола больших массивов породы в большинстве небольших карьеров, а также во всех карьерах, где добывается гранит, до сих пор широко используется порох. При правильном использовании с этими более твёрдыми породами вряд ли возникают какие-либо серьёзные повреждения, но при добыче мрамора и других мягких камней его использование следует категорически осудить. Было высказано предположение, что быстрое разрушение каррарского мрамора частично вызвано начальными трещинами, возникающими в результате примитивных методов добычи. Следует избегать применения взрывчатых веществ всех видов, за исключением случаев, когда, как в случае с гранитом, невозможно использовать другие методы. При необходимости их следует использовать в шпуре или в сочетании с так называемой системой Нокса, которая позволяет направлять силу взрыва и распределять ударное воздействие по большим поверхностям.

РЕЗКА И ОБРАБОТКА КАМНЯ

Хотя сейчас, особенно на крупных предприятиях, быстро внедряются машинные методы, при резке и обработке камня до сих пор используются медленные ручные методы, которые были распространены сотни лет назад. Прогресс, достигнутый в этой области за последние двадцать лет, действительно,поистине необычаен, если не сказать революционен.

После того как большая масса камня отделена от месторождения, с помощью клиньев её разбивают на блоки необходимого размера и формы. Вдоль линии, по которой предполагается расколоть камень, сверлят ряд отверстий диаметром три четверти дюйма и глубиной несколько дюймов, и в каждое из них помещают два тонких полукруглых куска мягкого железа, называемых «перьями», а между ними — небольшой стальной клин или «пробку». Затем каменотёс проходит вдоль этой линии, по очереди ударяя молотком по каждому клину, пока не будет достигнуто необходимое напряжение, и камень не расколется.

В этой работе есть возможность проявить больше мастерства, чем может показаться на первый взгляд. Почти каждый камень, каким бы плотным он ни был, имеет отчётливую структуру и трещины, вдоль которых его можно расколоть с относительной лёгкостью и безопасностью. Знание этих трещин и умение правильно их использовать — важный фактор, и удивительно, как легко опытный рабочий может придать камню желаемую форму благодаря знанию этого свойства.

Говорят*, что в этой стране данный процесс раскалывания камня с помощью клиньев впервые получил широкое распространение благодаря бедному механику по имени Тарбокс (Tarbox) из Дэнверса, штат Массачусетс. Благодаря влиянию губернатора Роббинса (Robbins), совершенно случайно наткнувшегося на образцы его работы, этого человека в 1798 году убедили отправиться в Куинси и обучить своему искусству каменотесов этого места. Внедрение данного простого метода настолько облегчило обработку гранита, что цена на обработанный материал за несколько месяцев упала более чем на 60 процентов. До этого времени камень, добытый из карьера в виде неправильных блоков, обтёсывался до нужного размера путём прорезания канавки вдоль прямой линии с помощью острого инструмента, называемого молотком-топором (axhammer, бывает с острием на одной стороне или двусторонний, по-моему, у нас он называется киур), а затем тяжёлым молотком по обеим сторонам канавки наносились многократные удары, пока камень не раскалывался.

(*) Труды Американской академии, том IV, 1859 г., стр. 353.

Перевод оттуда здесь:

Недавняя история развития дела каменного в Новой Англии.

(**) В «Истории старого Брейнтри и Куинси» Патти встречается следующий отрывок: «В воскресенье, 1803 года, Джозайя Бемис, Джордж Стернс и Майкл Уайлд провели первый эксперимент по раскалыванию камня клиньями. Он оказался успешным, и эти джентльмены были настолько воодушевлены этим знаменательным воскресеньем, что отправились в отель Ньюкомба, где устроили роскошный пир. Клинья, использованные в этом эксперименте, были плоскими и несколько отличались от тех, которые используются сейчас».

Что касается того, кто может по праву претендовать на то, чтобы считаться первым, кто внедрил этот метод раскалывания в широкое использование, автор не имеет возможности это установить. Очевидно, что никто из вышеперечисленных не может по праву претендовать на изобретение этого процесса, что следует из следующего:

«Я говорил тебе, что мне сообщили, будто жернова и мельничные камни раскалывают, вбивая деревянные колышки, но я не говорил, что таким способом можно расколоть камни вокруг этого дома, а говорил, что я сам могу их расколоть и раньше раскалывал камни, чтобы делать ступени, дверные пороги и большие оконные рамы из камня, а также корыта для свиней и поилки для скота. Я раскалывал камни длиной 17 футов и из тёсаного камня, расколотого собственными руками, построил четыре дома. Мой метод заключается в том, чтобы просверлить в камне отверстия глубиной около 6 дюймов, предварительно проведя линию от одного конца до другого, вдоль которой я сверлю отверстия примерно через фут, больше или меньше, в зависимости от плотности камня; если толщина камня 3, 4 или 5 футов, то глубина отверстий 12 или 16 дюймов. Если толщина камня 2 фута, диаметр отверстия должен быть дюйм с четвертью, но если толщина 5 или 6 футов, то диаметр отверстий должен быть дюйм с тремя четвертями. Необходимо подготовить вдвое больше железных клиньев, чем отверстий, и половина из них должна быть такой же длины, как глубина отверстия, и иметь закруглённый конец, чтобы они точно входили в отверстие, а другая половина может быть немного длиннее, толще с одной стороны и иметь тупой конец. Все клинья нужно вбивать одновременно, один за другим, осторожно, чтобы они создавали одинаковое напряжение. По их звону можно услышать, когда они хорошо натянуты. Затем острым краем кувалды сильно ударяйте по камню вдоль линии между каждым клином, что приведёт к расколу камня; затем снова вбивайте клинья. Обычно камень раскалывается через несколько минут после того, как клинья плотно забиты. Затем с помощью железного лома или длинных рычагов поднимите куски и положите их ровно, а затем сверлите и раскалывайте их в любой форме и размерах, какие вам нужны. Если камень достаточно податливый, вы можете расколоть его почти так же ровно, как распиленное дерево, и этим методом вы можете расколоть почти любой камень, потому что вы можете приложить почти любую силу, увеличивая глубину и уменьшая расстояние между отверстиями».

(Из письма Джона Бартрама Джареду Эллиоту (John Bartram to Jared Elliot) от 24 января 1757 года. См. записки Дарлингтона о Бартраме и Маршалле, стр. 375.) Точная дата постройки этих четырёх каменных домов не указана, но в вышеупомянутом труде содержится иллюстрация дома Джона Бартрама, расположенного недалеко от Дарби, округ Делавэр, штат Пенсильвания. Этот дом, построенный из камня, был возведён около 1730 года. Следовательно, мы можем заключить, что, по крайней мере, некоторым людям искусство раскалывания камня таким способом было известно уже в это время. 

Говорят*, что этот метод был завезен в Куинси где-то между 1725 и 1750 годами немецкими эмигрантами, и, каким бы примитивным он ни казался, он представлял собой огромное улучшение по сравнению с методом, использовавшимся при подготовке камня для строительства Королевской часовни, возведенной в 1749-1754 годах на углу улиц Скул и Тремонт в Бостоне. Как нам рассказывают, там камень сначала нагревали, разводя вокруг него огонь, а затем разбивали с помощью тяжёлых железных шаров, сбрасываемых с большой высоты. Учитывая такие трудности, неудивительно, что здание после завершения строительства считалось чудом, и люди, приезжавшие в Бостон издалека, обязательно стремились увидеть и полюбоваться этим сооружением. Однако чудо заключалось не в том, что гранит можно было обрабатывать такими методами, а в том, «что в окрестностях Бостона вообще можно было найти достаточно камня».

Первым зданием, имевшим какие-либо архитектурные претензии и построенным из квинсийского сиенита, стала Королевская часовня, возведённая на углу улиц Скул и Тремонт в Бостоне, штат Массачусетс, в 1752 году. Первое богослужение состоялось 21 августа 1754 года. Эта церковь была построена из грубых, необработанных валунов, разбросанных и добытых как на Северном, так и на Южном карьерах Коммонс (Commons). Сиенит Северного Коммонс, даже в этот ранний период, считался более подходящим для строительных целей, и за него взималась более высокая цена. Способ раскалывания этого материала для строительства церкви был самым примитивным и странным. Он осуществлялся путём нагревания камня, разведения на нём огня, а затем обрушивания на него больших железных шаров. Контракт на поставку материала для возведения этого здания получили мистер Джон Хейворд и мистер Хант из Брейнтри.

Утверждается (Grueber, Die Baumaterialien-Lehre, стр. 60, 61)**, что в Финляндии даже в настоящее время гранит раскалывают в карьере с помощью расширяющей силы льда. Вдоль линии предполагаемого раскола, согласно обычной практике, сверлят ряд отверстий на расстоянии от 30 до 38 сантиметров друг от друга и глубиной от 60 до 90 сантиметров, в зависимости от размера отделяемого блока. Затем эти отверстия заполняют водой и плотно закупоривают. Операцию откладывают до поздней осени, до наступления заморозков. Вода в отверстиях замерзает, и её расширение раскалывает породу вдоль линии отверстий. Утверждается, что таким способом откалывают блоки весом до 400 тонн. Более древний метод заключался в том, чтобы просто забивать в отверстия сухие деревянные клинья, а затем тщательно пропитывать их водой; набухающее дерево действовало так же, как замерзающая вода. Другой древний и хорошо известный метод заключался в том, чтобы разводить огонь вокруг камня, а когда он хорошо нагревался, ударять по нему тяжёлыми молотками или обливать холодной водой. Говорят, что при раскалывании камня древние римляне поливали горячий камень уксусом, хотя неизвестно, ускоряло ли это раскалывание или заставляло камень раскалываться по определённым линиям. Утверждается, что кварцевые породы можно раскалывать в определённых направлениях, смачивая их в горячем состоянии или прокладывая влажную веревку вдоль линии, по которой предполагается раскол. Влажная линия вызывает небольшую трещину, и операция завершается сильными ударами деревянных молотков. По словам М. Раймонди, древние перуанцы раскалывали камень в карьере, сначала нагревая его горящей соломой, а затем обливая холодной водой. этот автор утверждает, что для того, чтобы вырезать камень и получить барельеф, рабочие покрывали пеплом линии рисунков, которые они хотели получить в рельефе, а затем нагревали всю поверхность. Части камня, которые непосредственно подвергались воздействию огня, разлагались на большую или меньшую глубину, в то время как рисунки, защищенные пеплом, оставались нетронутыми. Чтобы завершить работу, скульптору оставалось только вырезать разложившуюся породу медным долотом.

(**) В Финляндии гранит раскалывают льдом аналогично тому, как в других регионах используются железные клинья. В раскалываемом камне вырезают ряды отверстий, как вертикальных, так и горизонтальных, в направлении желаемых расколотых поверхностей. Отверстия располагаются на расстоянии примерно от 2,5 до 38 см друг от друга и должны быть глубиной от 60 до 90 см, в зависимости от размера раскалываемого блока. После того, как отверстия вырезаны, их заполняют водой и плотно заклинивают деревянными клиньями. Операция проводится поздней осенью, в ожидании наступления заморозков. Как только вода в отверстиях замерзает, сила расширяющегося льда вызывает трещину вдоль линии, отмеченной отверстиями: кусок эффективно отделяется от вмещающей породы и выталкивается гораздо более безопасным и плавным способом, чем это можно сделать вручную. Таким образом раскалывались куски весом около 8000 центнеров. Второй метод, известный с древних времен, для разбивания больших кусков камня включает в себя забивание очень сухих деревянных клиньев в предварительно вырезанные отверстия, а затем многократное поливание их горячей водой. Разбухание древесины разрыхляет камень, который нужно разбить. (Отсюда 1863 г.)

(тема будет продолжена)