飾面石材開采實(shí)用技術(shù)

陳永敏 （騰達(dá)西北鐵合金有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州730334）

1 引言

飾面石材是建筑裝飾用并可以磨光、拋光的天然巖石材料的總稱，分為大理石和花崗石兩大類。

飾面石材美觀耐用、高雅華麗，主要用作高級建筑物室內(nèi)外墻面、柱面和地面的飾面材；其次用作工藝美術(shù)品、石碑、建筑條石和砌塊等；也可用作人造大理石和水磨石的填充料。隨著我國建筑業(yè)和對外貿(mào)易的蓬勃發(fā)展，石材工業(yè)將會(huì)有更廣闊的發(fā)展前景。我國飾面石材資源很豐富，是世界上開發(fā)利用石材資源最早的國家之一，據(jù)考證，早在隋朝人們就使用石材作為建筑物的臺基、雕刻裝飾物。目前全國絕大多數(shù)礦山都是采用鑿巖爆裂法和人工劈裂法開采。因此，對大多數(shù)石材開采礦點(diǎn)來說，簡單實(shí)用、成本低、高效益的采石方法顯得尤其重要。

2 幾種飾面石材開采實(shí)用技術(shù)

2.1 人工劈裂法

人工劈裂法簡單實(shí)用、成本低，唯勞動(dòng)強(qiáng)度大，且要求工人具有識別巖石及其劈理和熟練掌握劈裂技能。這在我國花崗巖礦山使用極為普遍，而且能取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.1.1 單楔

人工鉆鑿楔孔，楔孔呈倒錐形，開孔直徑35～45mm，孔底狹長，其長方向即為巖石裂開的方向，孔深視預(yù)定裂開的巖石高度而定。一般眼深與預(yù)定裂開高度之比為1∶30，楔孔間距一般為10～15cm，有的可達(dá)30～50cm。在每個(gè)楔孔插入鋼楔，依次錘擊之，往復(fù)數(shù)次，直至巖石裂開為止。此法簡單易行，應(yīng)用十分廣泛。

2.1.2 組合楔

單楔劈裂易將孔口崩碎，影響荒料（從巖體中最大限度地采出具有一定規(guī)格和技術(shù)要求，能加工飾面板材或工藝美術(shù)造型，完整無缺的長方體、正方體和其它形狀的大塊巖石）的規(guī)格，增加整形的工作量，且鋼楔易跳起傷人，為克服其缺點(diǎn)而采用組合楔。

使用組合楔，先采用鑿巖機(jī)鉆鑿排孔，其直徑稍大于組合楔直徑，孔深略大于組合楔長度，有些劈分性能差的巖石，其楔孔深等于預(yù)計(jì)的裂高。組合楔的直徑可取22～34mm，長130～170mm，楔孔間距10～30mm，楔孔直徑應(yīng)比組合楔直徑大2～4mm。

2.2 鑿巖爆裂法

鑿巖爆裂法是嚴(yán)格的控制爆破，采用7655型鑿巖機(jī)鉆孔，鉆頭直徑為38～42mm。此法應(yīng)用廣泛，花崗巖礦山應(yīng)用更為普遍。其特點(diǎn)是孔眼間距小、直徑小、裝藥量少，裝藥量的多少以不破壞原巖及長條塊石本身的完整性為原則。

2.2.1 導(dǎo)爆索爆裂法

將規(guī)格不同的特制導(dǎo)爆索按一般礦山的導(dǎo)爆索起爆網(wǎng)路聯(lián)接，即每孔插入導(dǎo)爆索，且深入孔底，然后與母線捆扎，母線采用電雷管或非電雷管引爆。但每個(gè)炮孔均不裝藥，只靠導(dǎo)爆索本身的威力，使巖石產(chǎn)生炮震裂縫并貫通每個(gè)炮孔，達(dá)到爆裂的目的。有的礦山，炮孔中充水或巖粉、碎石作為傳導(dǎo)爆力的介質(zhì)，以達(dá)到更好的效果。

導(dǎo)爆索爆裂法其孔距為20～50cm，孔深即為臺階高。導(dǎo)爆索每米含藥量有 12g、25g、50g、100g、150g、200g、250g 幾種規(guī)格， 可根據(jù)不同的巖性選用不同規(guī)格的導(dǎo)爆索，亦可以根據(jù)所選用的導(dǎo)爆索規(guī)格調(diào)整炮孔間距。

飾面石材礦山推廣使用不同規(guī)格的導(dǎo)爆索將是發(fā)展我國石材礦山，尤其是花崗石礦山的方向，它可以取得省時(shí)、省力、高效率、低成本的良好效果。

2.2.2 黑火藥爆裂法

由于黃色炸藥威力大，使巖石產(chǎn)生（炮震再生）裂隙而破壞其完整性，因此飾面石材礦山禁用黃色炸藥而采用黑火藥或其它低威力的炸藥。目前，我國黑火藥爆裂存在藥量集中孔底，造成底部孔周過分破碎，而上部裂開面卻不整齊，降低了荒料率，增加了整形工作量。故我們也可采取不偶合裝藥和預(yù)留空氣柱等措施。可以作為飾面石材進(jìn)行開采的巖石抗壓強(qiáng)度均大于60MPa，其單位黑火藥消耗量為 100～150g/m3。

2.2.3 爆裂管開采法（如圖1所示）

其突出特點(diǎn)是通過管外的二個(gè)定位圈，很方便地將藥包置于炮孔中間位置，即實(shí)現(xiàn)了全孔不偶合裝藥，又實(shí)現(xiàn)了孔中均勻布藥，使爆破對原巖和荒料都無損傷，爆裂面凹凸不平度不超過3cm的部標(biāo)要求。

爆裂管可用于大理石、花崗石開采中的單面、雙面及三面分離作業(yè)，其操作簡便、易于掌握、安全、成本低、效率好。

2.2.4 靜態(tài)爆破劑采石法

靜態(tài)爆破劑是以特殊硅酸鹽的氧化鈣為主要原料，配有其它有機(jī)、無機(jī)添加劑而制成的灰白色粉塵顆粒，加適量水?dāng)嚢枵{(diào)成漿狀后注入炮孔，漿體在水化反應(yīng)過程中，生成膨脹性的結(jié)晶水化物，并且伴隨著結(jié)晶體的膨脹壓力對外做功，迫使介質(zhì)破裂，其化學(xué)反應(yīng)方程式為：

CaO+H2O→Ca（OH）2+15.5 千卡/克分子

靜態(tài)爆破劑通常由90%～95%的氧化鈣，外加25%～30%的水，為了控制化學(xué)反應(yīng)速度和硬化作用，還要加5%～10%的添加劑。當(dāng)孔徑為40mm、孔距為40～60cm，靜爆劑所產(chǎn)生的極限膨脹壓力為300～500kg/cm2。因此，只要選取適當(dāng)?shù)目拙嗪妥钚〉挚咕€就能滿足破碎石材的需要。

2.2.4.1 石材尺寸的確定

根據(jù)市場建筑用石材的要求和運(yùn)輸條件的限制，一般選擇的荒料規(guī)格為大于1.0×0.8×0.8m3。一般講，成材尺寸越大，價(jià)格越高，單位靜爆劑消耗量越小。因?yàn)槭拈_采一般都是在荒郊野外，太大了會(huì)給起吊和搬運(yùn)帶來一定困難，因而只要求設(shè)計(jì)尺寸在長、寬、高三個(gè)方向都為人工修邊留有15～20cm的余量即可，在開采石料時(shí)，首先要根據(jù)巖石的地質(zhì)條件合理地設(shè)計(jì)石材荒料尺寸和孔網(wǎng)布置參數(shù)，一般設(shè)計(jì)荒料尺寸為長×寬×高＝1.2×1.3×1.0 m3～1.4×1.1×1.2 m3。

2.2.4.2 炮孔布置參數(shù)

采用7655型鑿巖機(jī)鉆孔，孔徑為38～42mm。孔網(wǎng)參數(shù)：垂直孔距為25～30cm，水平孔距為20～25cm，并布置控制荒料的導(dǎo)向孔，炮孔深度為1.05～1.10m。穿鑿水平孔時(shí)，要求向下帶有3°～5°傾角，便于靜爆劑裝入炮孔，除保證各孔垂直于水平面外，且孔與孔之間要保持相互平行，盡量達(dá)到設(shè)計(jì)的荒料尺寸和最大限度地利用靜態(tài)爆破劑的膨脹壓力。

2.2.4.3 裝藥及出材

垂直孔的裝藥量應(yīng)控制在孔深的90%～95%，水平孔的裝藥量應(yīng)控制在孔深的95%～100%。國產(chǎn)靜態(tài)爆破劑產(chǎn)品裝入炮孔后出現(xiàn)裂縫時(shí)間為2～8小時(shí)，歷時(shí)20～24小時(shí)可達(dá)最大值，此時(shí)破碎速度加快，裂縫寬度可達(dá)3～5cm，最大達(dá)到10cm。在裝藥操作時(shí)，有時(shí)會(huì)遇到噴孔現(xiàn)象，一般發(fā)生在注入炮孔中以后10～15分鐘之內(nèi)。因此，操作者必須戴好手套和防護(hù)眼鏡，免傷眼睛。另外，剛打完的炮孔，底部溫度較高，還沒排完的粉塵，也容易噴孔，此時(shí)最好冷卻一段時(shí)間或加少量清水冷卻孔壁或稀釋粉塵，即可避免噴孔。

待膨脹裂隙達(dá)3～5cm后，便可采用人工打楔的方法加大裂隙的發(fā)展。當(dāng)裂隙寬度能容納鋼絲繩后，即可用千斤頂配合起吊葫蘆將料石起出，然后搬離工作面，進(jìn)行人工修邊。

靜態(tài)爆破劑在切割整體石材時(shí)，單位消耗量為5kg/m3左右。

2.2.5 機(jī)械鋸切法

鋸切法廣泛用于大理石礦山，凡是條件適宜的地方應(yīng)提倡采用鋸切法，包括分離、切割、整形。其優(yōu)點(diǎn)主要有：

（1）破損少，可大大提高荒料率；

（2）機(jī)械化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度小，勞動(dòng)生產(chǎn)率高；

（3）鋸切面平整、光滑，減少整形工作量。

鋸切法的使用條件：抗壓強(qiáng)度小于120MPa，石英（SiO2）含量小于3%～4%的各類巖石，可鋸切垂直、傾斜、水平面。

以金剛石串珠鋸或普通鋼絲繩為主機(jī)配以液壓鉆機(jī)、液壓頂石鉆機(jī)、液壓頂石機(jī)、桅桿吊等設(shè)備，裝備年產(chǎn)2000～10000 m3大理石荒料的機(jī)械化開采大理石礦山。金剛石串珠鋸是無極鋼絲繩（直徑 φ＝3mm），外套直徑 φ＝10mm、長為 10mm的金剛石珠（金剛石珠間用彈簧相連，分段與鋼絲卡緊），以線速度為0～30m/s運(yùn)行，在水冷的情況下直接鋸切石材；普通鋼絲繩鋸石機(jī)以線速度5～15m/s運(yùn)行的無極鋼絲繩（鋼絲繩直徑φ＝3.9～4.5 mm，鋼絲繩的捻向每25～40m改變1次）帶動(dòng)磨料（石英砂或碳化硅粉加水）磨切石材達(dá)到鋸切的目的。

從進(jìn)口荒料的表面留下的開采痕跡來看，國內(nèi)國外開采方法都一樣，都是在臺階上分離、解體、整形荒料：包括荒料全部由金剛石繩鋸鋸割而成；荒料的底平面用金剛石繩鋸鋸割，而其他兩個(gè)豎直面采用鑿密集排孔用劈裂器和靜態(tài)爆破劑分開。

3 結(jié)語

以上所介紹的幾種飾面石材開采的實(shí)用技術(shù)，主要考慮以適合中國國情為主，以適合于不同層次的開采條件。這里既有投資少、簡單易行、見效快的小規(guī)模開采方法，又有投資適中，運(yùn)用比較先進(jìn)的設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模開采的方法，對從事飾面石材開采的生產(chǎn)礦山，具有一定的借鑒作用。

為了愛惜石材資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，國外早已淘汰任何形式的爆破方法。從飾面石材開采的發(fā)展均勢看，我國已經(jīng)能生產(chǎn)全套先進(jìn)的石材開采設(shè)備，如鑿巖設(shè)備、吊運(yùn)裝備、金剛石繩鋸、鏈臂鋸、金剛石串珠繩等各種機(jī)械，將金剛石串珠鋸鋸切花崗巖的成本降低到目前開采大理石的水平，使其成為開采花崗石的主要設(shè)備；進(jìn)一步提高鋸切大理石用金剛石串珠繩的使用壽命和效率，生產(chǎn)大功率的金剛石串珠鋸，完全替代普通鋼絲繩鋸；進(jìn)一步提高花崗石礦山開采的機(jī)械化程度，開展諸如高壓射流水等新技術(shù)、新工藝開采石材的試驗(yàn)。

[1]廖原時(shí).金剛石串珠鋸在飾面石材生產(chǎn)中的應(yīng)用技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009年01月.

[2]游寶坤.靜態(tài)爆破技術(shù)--無聲破碎劑及其應(yīng)用[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2008年04月.

[3]采礦手冊編輯委員會(huì).采礦手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005年05月.