Природний пісок добувається в піщаних і піщано-гравійних кар'єрах. Одержання піску в останніх зв'язано із сортуванням піщано-гравійної суміші. За умовами залягання родовищ піску, як і інших корисних копалин, кар'єри підрозділяються на косогорні, рівнинні і водні. Косогорними називають кар'єри, що розташовуються на схилах височин. У цьому випадку місце видобутку піску вище транспортних шляхів і навколишньої місцевості. Такі кар'єри завжди сухі. У рівнинних кар'єрах пісок залягає нижче поверхні землі й іноді нижче рівня ґрунтових вод. Такі кар'єри можуть бути сухими або обводненими. У залежності від способу розробки піску кар'єр або осушують за допомогою водовідводу, дренажу, або, навпаки, обводнюють для наступного видобутку піску. У водних кар'єрах пісок добувають з-під шару води в руслах рік, в озерах і інших водоймах [10].
Таким чином, пісок у кар'єрах добувають або відкритим способом, або підвідною розробкою. Відкритий спосіб видобутку піску найбільш розповсюджений.
Покладу піску в родовищі, як правило, сховані під шаром ґрунту, а також глинистих і інших порід. Цей шар називають розкривом, а відношення його обсягу до обсягу корисної копалини (у даному випадку піску) - коефіцієнтом розкриву.
Розкривні роботи, тобто видалення розкриву за межі кар'єру й оголення покладів корисної копалини, роблять завчасно щоб уникнути забруднення піску, що добувається, небажаними домішками. Розкривні роботи здійснюють бульдозерами, скреперами, іноді, при великій потужності шару розкриву, екскаваторами з вивезенням у відвал. Після видалення розкриву в кар'єрі прокладають траншеї для утворення робочих уступів і транспортних шляхів.
Висота уступу складає 6...10 м і більш. Вона зв'язана з висотою черпання застосовуваного екскаватора. Якщо пісок залягає в кар'єрі більш могутнім шаром, то його видобуток роблять пошарово. Ширина вибою також залежить від типу екскаватора і складає 1,2...1,3 його радіуси черпання.
Для розробки піску у відкритих кар'єрах використовують різноманітні екскаватори, а також скрепери й інші машини.
Найбільш поширені одноковшеві екскаватори з прямою лопатою (місткість ковша 0,25...15 м3). Висота черпання таких екскаваторів - 6...30 м, радіус черпання - 6...40 м. Екскаватори з прямою лопатою розташовують на нижній площадці уступу, як і транспортні засоби.
Екскаватори-драглайни відрізняються тим, що їхній ківш совкового типу підвішений до стріли на канатах. Драглайн черпає нижче, рівня своєї стоянки, тому може працювати на верхній площадці кар'єру. Усе більше застосування знаходять багатоковшеві (багаточерпакові) екскаватори. Ланцюгові багатоковшеві екскаватори являють собою конвеєр з безупинно рухаються уздовж укосу черпаками. Вивантаження черпаків виробляється при їхньому перекиданні на стрічковий транспортер. Місткість черпаків невелика, але них у ланцюзі до 40 шт., тому при безперервній роботі забезпечується висока продуктивність. Ковшова (черпакова) рама ланцюгового екскаватора може розташовуватися під різним кутом як вище, так і нижче рівня стоянки екскаватора з обслуговуванням транспорту на нижній або верхній площадці уступу. Якщо пісок у родовищі неоднорідний і залягає шарами, що відрізняються за крупністю зерен, то при видобутку багатоковшевим екскаватором зерновий склад піску усереднюється перемішуванням у межах висоти розроблювального уступу, що є позитивним чинником [18].
Крім ланцюгових використовуються роторні багатоковшеві екскаватори, робочим органом яких є обертове на кінці стріли роторне колесо з черпаками. З черпаків добутий пісок вивантажується на стрічковий транспортер, розташований усередині стріли і пісок, що подає, у бункер, транспортні засоби або відвал. Роторні екскаватори зручні для пошарової розробки піску.
Перевагами багатоковшевих екскаваторів перед одноковшевими є: безперервність робочого процесу екскавації, рівне завантаження транспортних засобів, велика продуктивність на 1 т маси, менша питома витрата енергії.
Розробка родовищ піску ведеться строго по карті, складеної на підставі детальної геологічної розвідки. Якість і однорідність піску систематично контролюються. Ділянки неякісного піску обходяться або розробляються з вивезенням у відвал. Основним видом кар'єрного транспорту є автосамосвали й автотягачі з причепами і напівпричепами (напівпричіп на відміну від причепа має тільки одну вісь, а передньою частиною спирається на зчіпний пристрій тягача). Використовуються також самосвали-тролейвози з електродвигунами, що харчуються електроенергією по тролейним проводах на переносних опорах; трактори із саморозвантажними причепами; залізничний транспорт (мотовози, електровози, вантажні вагони і платформи); підвісні канатні дороги і т.д.
У ряді випадків дуже ефективний конвеєрний транспорт у вигляді безперервної потокової лінії стрічкових транспортерів, особливо в сполученні з роторними або ланцюговими багатоковшевими екскаваторами. Застосування конвеєрного транспорту забезпечує безперервність роботи екскаваторів, підвищуючи їхню продуктивність на 35...50 %, спрощує автоматизацію керування і виробництва, знижує капітальні витрати і собівартість видобутку піску. Існує досвід експлуатації як внутрішньокар'єрного, так і далекого, багатокілометрового конвеєрного транспорту від кар'єру до споживача продукції.
Підвідний видобуток піску з дна водойм в обводнених кар'єрах може вироблятися за допомогою екскаваторів-драглайнів, канатних скреперів, землечерпалок, але найбільш ефективний гідромеханізований спосіб видобутку.
Видобуток будівельного кар'єрного піску ведеться по двох напрямках. Після проведення за допомогою могутньої гірської техніки розкривних робіт, виробляється екскавація гірського піску, що широко застосовується у всіх видах будівництва. Видобуток будівельного піску з обводнених шарів родовищ здійснюється гідромеханізованим способом з використанням могутніх кар'єрних землесосних снарядів. Така технологія дозволяє не тільки ефективно вести видобуток, але також очищати кар'єрний пісок від природних природних домішок, що істотно підвищує його якісні характеристики.
Гідромеханізований комплекс по видобутку і переробки формувальних пісків
1 - двоступінчасте грунтоподібний пристрій
2 - водяний насос Q=600-1000 м/год
3 - ґрунтовий насос
4 - конічний гідрогуркіт
5 - пристрій для очищення зерен піску від глинистих примазок
6 - склад глинистих окатишів
7 - склад формувального піску
Гідромеханізований комплекс по видобутку і переробці піску на двох фракцій
1 - грунтонасос, Г-13
2 - водяний насос Q=600-1000 м/год
3 - конічний гідрогуркіт
4 - класифікатор
5 - роторний розпушувач
6 - склад глинистих окатишів
7 - склад бетонних пісків
8 - склад розчинних пісків
Для розробки підвідних родовищ використовують плавучі установки, називані землесосними снарядами або земснарядами. Вони являють собою понтон, переміщуваний і фіксований у визначеній позиції за допомогою тросів, якорів і пальових пристроїв. На понтоні розташовується землесос - могутній насос відцентрового типу. На дно опускається усмоктувальний пристрій землесоса і при необхідності механічний розрихлювач. Землесос і розрихлювач працюють спільно, причому розпушений пісок разом з водою засмоктується в трубу й у виді пульпи (гідросуміші) транспортується по плавучому пульпопроводу, що збирається з ланок труб на поплавцях.
Крім відцентрових землесосів для видобутку і перекачування пульпи використовують гідроелеватори, що працюють за принципом ежектора [19].
Пульпа транспортується в гідровідвали - спеціальні складські площадки на березі, відкіля вода стікає у водойму. При цьому одночасно виробляється відмивання піску від пилоподібних і глинистих домішок, його збагачення і фракціонування.
Гідромеханізований видобуток піску застосовується не тільки для видобутку піску з дна рік або інших водойм, але й у рівнинних кар'єрах, що обводнюються.
Родовища піску, розташовані вище рівня води, можна розробляти за допомогою гідромоніторів. Гідромонітор являє собою керований трубчастий стовбур конічного профілю з вузькою насадкою на кінці. Вода, подавана насосною станцією з найближчої водойми, викидається через гідромонітор щільним струменем з великою швидкістю. Гідромонітори, використовувані в гірничорудній промисловості, здатні руйнувати високонапорним струменем води навіть міцні скельні породи. Для видобутку ж піску досить тиску води 0,3...0,5 МПа. Гідромонітори у вибої розмивають поклад піску, і пульпа, що утвориться, стікає в гідровідвали самопливом, якщо забезпечено необхідний ухил, або транспортується по трубах землесосом.
Пісок з відсівань дроблення. Пісок для бетону можна одержувати попутно при дробленні скельних гірських порід, особливо в районах, де відсутні природні піски задовільної якості. Для одержання дробленого піску можна використовувати вивержені, метаморфічні або щільні осадові гірські породи, а також гравій.
У залежності від міцності вихідної гірської породи в насиченому водою стані встановлені чотири марки піску з відсівань дроблення (відповідно з межею міцності породи не менш 100, 80, 60 і 40 МПа). Межа міцності вивержених і метаморфічних порід повинний бути не менш 60 МПа, а осадових гірських порід - не менш 40 МПа.
Крім міцності вихідної гірської породи важлива і її структура. Як показали дослідження, форма зерен дробленого піску залежить в основному від двох факторів: структури дробленої породи і способу дроблення.
Найкраща якість піску виходить при дробленні дрібно- і середнезернистих кам'яних порід. Шорсткість поверхні зерен такого піску характеризується висотою мікрорельєфу близько 170... 190 мкм, що забезпечує найкраще зчеплення з цементним каменем у бетоні. Скритокристалічні і склуваті породи, а також грубозернисті дають при дробленні пісок зі значним змістом зерен пластинчастої і голчастої форми. Мікрорельєф їхньої поверхні характеризується, як правило, меншою висотою. Крім того, при дробленні грубозернистої породи полімінерального складу (наприклад, граніту) утворяться зерна піску мономінеральні (кварц, польовий шпат, слюда), що відрізняються незначним зчепленням з цементним каменем.
Спосіб дроблення скельних порід зв'язаний з вибором дробильного устаткування. Установлено, що дробарки, що працюють за принципом стиску породи (щокова, конусна, валкова), дають велике число зерен пластинчастої і голчастої форми, а дробарки ударної дії (молоткові) - значно менше.
Чим ближче форма зерен піску до кубічного (відповідно до вимоги стандарту), тим менше його пустотність і, отже, менше витрата цементу в бетоні. До зернового складу дроблених пісків пред'являються загальні вимоги, викладені вище. Якщо гірська порода не містить нестійких рудних мінералів, аморфних різновидів кремнезему й інших шкідливих включень, то єдиною небажаною домішкою в дроблених пісках може бути пил (кам'яне борошно), що утворилося при дробленні. Вона не настільки шкідлива, як глинисті домішки в природному піску, тому стандартом допускається трохи більший її вміст [21].
У силу кращого зчеплення заповнювача з цементним каменем міцність бетону на дробленому піску за інших рівних умов може бути вище, ніж на природному кварцовому піску, причому не тільки при стиску, але ще в більшому ступені при розтяганні. Такі бетони відрізняються підвищеною морозостійкістю й іншими достоїнствами.
Однак дотепер мало використовуються відходи каменедроблення дрібніше 5 мм, одержувані у великих обсягах при виробництві кам'яного щебеню. Ці відходи при відділенні від них. кам'яного борошна (промиванням або сухим збагаченням) можуть дати гарний пісок для бетону.
