飾面石材開采實用技術

陳永敏 （騰達西北鐵合金有限責任公司，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外墻面、柱面和地面的飾面材；其次用作工藝美術品、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。隨著我國建筑業和對外貿易的蓬勃發展，石材工業將會有更廣闊的發展前景。我國飾面石材資源很豐富，是世界上開發利用石材資源最早的國家之一，據考證，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，對大多數石材開采礦點來說，簡單實用、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用技術

2.1 人工劈裂法

人工劈裂法簡單實用、成本低，唯勞動強度大，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濟效益。

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，孔深視預定裂開的巖石高度而定。一般眼深與預定裂開高度之比為1∶30，楔孔間距一般為10～15cm，有的可達30～50cm。在每個楔孔插入鋼楔，依次錘擊之，往復數次，直至巖石裂開為止。此法簡單易行，應用十分廣泛。

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格和技術要求，能加工飾面板材或工藝美術造型，完整無缺的長方體、正方體和其它形狀的大塊巖石）的規格，增加整形的工作量，且鋼楔易跳起傷人，為克服其缺點而采用組合楔。

使用組合楔，先采用鑿巖機鉆鑿排孔，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，其楔孔深等于預計的裂高。組合楔的直徑可取22～34mm，長130～170mm，楔孔間距10～30mm，楔孔直徑應比組合楔直徑大2～4mm。

2.2 鑿巖爆裂法

鑿巖爆裂法是嚴格的控制爆破，采用7655型鑿巖機鉆孔，鉆頭直徑為38～42mm。此法應用廣泛，花崗巖礦山應用更為普遍。其特點是孔眼間距小、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 導爆索爆裂法

將規格不同的特制導爆索按一般礦山的導爆索起爆網路聯接，即每孔插入導爆索，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。但每個炮孔均不裝藥，只靠導爆索本身的威力，使巖石產生炮震裂縫并貫通每個炮孔，達到爆裂的目的。有的礦山，炮孔中充水或巖粉、碎石作為傳導爆力的介質，以達到更好的效果。

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

飾面石材礦山推廣使用不同規格的導爆索將是發展我國石材礦山，尤其是花崗石礦山的方向，它可以取得省時、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留空氣柱等措施。可以作為飾面石材進行開采的巖石抗壓強度均大于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）

其突出特點是通過管外的二個定位圈，很方便地將藥包置于炮孔中間位置，即實現了全孔不偶合裝藥，又實現了孔中均勻布藥，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，其操作簡便、易于掌握、安全、成本低、效率好。

2.2.4 靜態爆破劑采石法

靜態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、無機添加劑而制成的灰白色粉塵顆粒，加適量水攪拌調成漿狀后注入炮孔，漿體在水化反應過程中，生成膨脹性的結晶水化物，并且伴隨著結晶體的膨脹壓力對外做功，迫使介質破裂，其化學反應方程式為：

CaO+H2O→Ca（OH）2+15.5 千卡/克分子

靜態爆破劑通常由90%～95%的氧化鈣，外加25%～30%的水，為了控制化學反應速度和硬化作用，還要加5%～10%的添加劑。當孔徑為40mm、孔距為40～60cm，靜爆劑所產生的極限膨脹壓力為300～500kg/cm2。因此，只要選取適當的孔距和最小抵抗線就能滿足破碎石材的需要。

2.2.4.1 石材尺寸的確定

根據市場建筑用石材的要求和運輸條件的限制，一般選擇的荒料規格為大于1.0×0.8×0.8m3。一般講，成材尺寸越大，價格越高，單位靜爆劑消耗量越小。因為石材開采一般都是在荒郊野外，太大了會給起吊和搬運帶來一定困難，因而只要求設計尺寸在長、寬、高三個方向都為人工修邊留有15～20cm的余量即可，在開采石料時，首先要根據巖石的地質條件合理地設計石材荒料尺寸和孔網布置參數，一般設計荒料尺寸為長×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

采用7655型鑿巖機鉆孔，孔徑為38～42mm。孔網參數：垂直孔距為25～30cm，水平孔距為20～25cm，并布置控制荒料的導向孔，炮孔深度為1.05～1.10m。穿鑿水平孔時，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，盡量達到設計的荒料尺寸和最大限度地利用靜態爆破劑的膨脹壓力。

2.2.4.3 裝藥及出材

垂直孔的裝藥量應控制在孔深的90%～95%，水平孔的裝藥量應控制在孔深的95%～100%。國產靜態爆破劑產品裝入炮孔后出現裂縫時間為2～8小時，歷時20～24小時可達最大值，此時破碎速度加快，裂縫寬度可達3～5cm，最大達到10cm。在裝藥操作時，有時會遇到噴孔現象，一般發生在注入炮孔中以后10～15分鐘之內。因此，操作者必須戴好手套和防護眼鏡，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，此時最好冷卻一段時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3～5cm后，便可采用人工打楔的方法加大裂隙的發展。當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，進行人工修邊。

靜態爆破劑在切割整體石材時，單位消耗量為5kg/m3左右。

2.2.5 機械鋸切法

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

（1）破損少，可大大提高荒料率；

（2）機械化程度高，勞動強度小，勞動生產率高；

（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配以液壓鉆機、液壓頂石鉆機、液壓頂石機、桅桿吊等設備，裝備年產2000～10000 m3大理石荒料的機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運行，在水冷的情況下直接鋸切石材；普通鋼絲繩鋸石機以線速度5～15m/s運行的無極鋼絲繩（鋼絲繩直徑φ＝3.9～4.5 mm，鋼絲繩的捻向每25～40m改變1次）帶動磨料（石英砂或碳化硅粉加水）磨切石材達到鋸切的目的。

從進口荒料的表面留下的開采痕跡來看，國內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，而其他兩個豎直面采用鑿密集排孔用劈裂器和靜態爆破劑分開。

3 結語

以上所介紹的幾種飾面石材開采的實用技術，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、見效快的小規模開采方法，又有投資適中，運用比較先進的設備進行大規模開采的方法，對從事飾面石材開采的生產礦山，具有一定的借鑒作用。

為了愛惜石材資源，保護生態環境，國外早已淘汰任何形式的爆破方法。從飾面石材開采的發展均勢看，我國已經能生產全套先進的石材開采設備，如鑿巖設備、吊運裝備、金剛石繩鋸、鏈臂鋸、金剛石串珠繩等各種機械，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備；進一步提高鋸切大理石用金剛石串珠繩的使用壽命和效率，生產大功率的金剛石串珠鋸，完全替代普通鋼絲繩鋸；進一步提高花崗石礦山開采的機械化程度，開展諸如高壓射流水等新技術、新工藝開采石材的試驗。

[1]廖原時.金剛石串珠鋸在飾面石材生產中的應用技術[M].北京：冶金工業出版社，2009年01月.

[2]游寶坤.靜態爆破技術--無聲破碎劑及其應用[M].北京：中國建材工業出版社，2008年04月.

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