飾面石材的分裂機(jī)開采技術(shù)

摘要  分裂采石，是條石分離、荒料切分和整形的最基本和最主要的技術(shù)之一，其分裂楔的楔形選擇、打孔布置和分離條石尺寸的確定，應(yīng)根據(jù)荒料要求、原巖性質(zhì)及其弱面產(chǎn)狀，預(yù)先設(shè)計(jì)井精心施工。

前言

　　目前，我國飾面石材礦多采用露天開采。首先從原巖上分離長條塊石(簡稱條石)，進(jìn)而分割(分切)和整形，以生產(chǎn)各種規(guī)格的荒料。在石材開采過程中，條石分離作業(yè)最為重要，也最能體現(xiàn)飾面石材開采的持點(diǎn)。根據(jù)分離作業(yè)所使用的機(jī)械(具)和分離機(jī)理，可將石材開采方法分為:分裂、爆裂、鋸切、鉆孔切割、熱能切割和聯(lián)合開采法等。在眾多的開采方法中，分裂采石是最基本的石材開采技術(shù)之一，它是針對(duì)石材抗拉強(qiáng)度較抗壓強(qiáng)度小得多的特點(diǎn)，利用分裂楔產(chǎn)生的劈分力，從原巖分離下條石來。根據(jù)所使用的機(jī)械(具)和劈分力施加方式等，又可分為普通楔分裂和鉆孔分裂。本文的重點(diǎn)，是闡述各種分裂法之條石分離技術(shù)。

1普通楔分裂

　　首先，據(jù)一次性分裂所確定的楔窩位置，手工鑿楔窩;其次，將選定之分裂楔依次置入楔窩中，并使其橫斷面長軸線(楔寬方向)與分裂線一致;最后，用捌磅以上鐵錘依次、循環(huán)向下錘擊楔頂，在楔的向下尖劈力和楔邊擴(kuò)張力的作用下，循環(huán)錘擊約‘3-4遍，即可從原巖上將條石沿分裂面分離開來。

1.1一次分離條石尺寸從原巖分離條石的尺寸，應(yīng)據(jù)原巖產(chǎn)狀、巖石結(jié)構(gòu)和節(jié)理裂隙特征以及荒料規(guī)格等確定。一般寬1.0-1.2m，長3.0-5.0m，厚1.0-1.5 m (層狀礦體為單層厚)。

1.2分裂楔形狀與應(yīng)用

　　分裂楔是用普通鋼材鍛制而成，其形狀和尺寸因各地石質(zhì)、經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣不同而有所區(qū)別，用得較為廣泛的是既可用于條石分離，也可用于荒料分切和整形的扁平楔和角錐楔(圖1)。扁平楔，一般長100-200mm、寬40-60mm、頭部厚50-80mm，多用于易劈面。角錐楔，一般長150-300mm、頭部(斷面為方或矩形)寬和厚均為50-80mm，多用于難劈面。

        1.3楔窩布置與尺寸

　　飾面石材的分裂具有方向性。一般沿其節(jié)理裂隙面、層理面和劈理面(巖石天然塊體長軸向的假想面)或流理面(巖漿巖冷凝形成的假層面。以上統(tǒng)稱為易劈面)較易分裂，而垂直易劈面的橫截面(簡稱難劈面)則較難分裂。設(shè)計(jì)的主劈面，應(yīng)為巖石的易劈面，分離后即是荒料大面。沿主劈面(線)布置的楔窩，一般窩間距100-200mm、窩上口長50-80m、窩上口寬25-50mm，其深度應(yīng)視劈分厚度而定，通常有“一寸管三尺”之說，即說的是楔窩深與分裂厚之間的關(guān)系。實(shí)踐中，楔窩深一般為40-60mm。輔助分裂面多為難劈面，且與主劈面垂直或斜交。沿輔裂面(線)布置的楔窩，間距較主劈面的小，一般80一100mm，窩長和深應(yīng)大于主劈面的，一般60-100mm以上，窩上口寬與主劈面的一致。當(dāng)三面分裂時(shí)，大面應(yīng)為主劈面.楔窩參數(shù)亦與上述主劈面的相同。對(duì)于結(jié)構(gòu)致密的巖石，劈分性能無明顯方向性，無難、易劈面出現(xiàn)，其楔窩間距、尺寸等，應(yīng)視具體條件和經(jīng)驗(yàn)確定。

1.4主要優(yōu)缺點(diǎn)

　　普通楔分裂法分離條石，具有機(jī)械(具)簡單、易制作，操作容易，成本低，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是手工錘擊勞動(dòng)強(qiáng)度大，分裂厚度有限(一般小于1.5m)，分離條石規(guī)格較小(小于3.0m3)，生產(chǎn)效率低;條石之楔窩上口處易“崩邊”;當(dāng)巖石可劈分性能變化時(shí)，由于分裂面開裂過程中，常隨易劈面偏斜，在難劈面難按預(yù)計(jì)的分裂面開裂，所以條石表面粗糙、平整度差，荒料整形工作量較大，荒料率低。

1.5適用范圍

　?、儋Y金貧乏和設(shè)備簡陋的建筑料石場(chǎng)和小型石材礦，②中型石材礦之初期開采;③水平、緩傾斜薄礦層和劈分性能較好或劈分無明顯方向性的石材礦;④礦體裸露、裂隙較發(fā)育的半風(fēng)化型礦層和孤石;⑤其它分離、分切法之輔助手段。

1.6礦山實(shí)例

　　在我國各地的石材礦，目前都不同程度地采用普通楔分裂法分離條石以及荒料分切、整形。尤其山東、四川和福建等地的石材礦普通采用，且效果較好。福建晉江巴盾石材公司南山聯(lián)合石材廠花崗石礦，屬凹陷露天礦，開采灰色混合花崗閃長巖，主要產(chǎn)品品種603、633和637;四個(gè)生產(chǎn)礦(點(diǎn))，年產(chǎn)荒料10000m3以上，產(chǎn)值400萬元以上。廈門集美海滄花崗石開發(fā)公司，屬凹陷露天礦，有三采區(qū)五礦點(diǎn)，主要產(chǎn)品品種623和637，荒料規(guī)格一般1.0-1.5m3，荒料率40%-60%，年產(chǎn)荒料20000-25000m3。以上兩礦都裝備有輪胎式前裝機(jī)、空壓機(jī)、手持式鑿巖機(jī)、牽引絞車、汽車吊和火焰切割機(jī)。在條石分離時(shí)，首先在充分利用節(jié)理裂隙的基礎(chǔ)上，用火焰切割機(jī)切縫，使分離塊體的自由面達(dá)搜一5個(gè)，其余1一2面則用普通楔分裂法(或鉆孔復(fù)合楔分裂法、鉆孔爆裂法)分離，條石分切成荒料時(shí)，主要采用普通楔分裂法。

2鉆孔分裂

　　鉆孔分裂，是采用鑿巖機(jī)鉆排孔，并在孔中安裝可施加劈分力的分裂機(jī)(具)，以實(shí)現(xiàn)條石分離。按所采用的機(jī)(具)以及劈分力的施加方式，可分為鉆孔復(fù)合楔分裂和鉆孔液壓分裂機(jī)分裂。

2.1鉆孔復(fù)合楔分裂

　　首先，用手持式(風(fēng)動(dòng)、液壓、內(nèi)燃式)或滑架式(風(fēng)動(dòng)、液壓式)鑿巖機(jī)，沿預(yù)定分裂線鉆等距、等深的平行排孔;其次，將復(fù)合楔置入孔中，并使其中心楔片與排孔預(yù)裂中心聯(lián)線方向一致;最后，用捌磅以上鐵錘錘擊復(fù)合楔中心楔片頂端，使楔片在兩擴(kuò)張板中間下滑劈入，同時(shí)擠壓緊貼孔壁的擴(kuò)張板，并產(chǎn)生極大尖劈力。沿排孔依次循環(huán)錘擊約3一4遍，石材沿預(yù)裂面分離。

2.1.1復(fù)合楔。

　　復(fù)合楔是用普通鋼材按模型鍛制而成，由中心楔片和兩個(gè)半圓柱擴(kuò)張板組成(圖l)。中心楔片上段為圓柱或方柱;下段(插入擴(kuò)張板中的部份)為扁平楔，楔寬與擴(kuò)張板直徑相等;擴(kuò)張板為上薄下厚的半圓柱，直徑一般為30-36mm，較孔徑小2-4mm。復(fù)合楔全長，視分裂厚度而定，一般為180-1000mm。

2.1.2鉆孔布置與尺寸。

　　鉆孔布置的原則與普通楔分裂楔窩的相同?？组g距視石材性能而定，沿易劈面布置的孔間距較大，一般200-400mm，沿難劈面布置的孔間距較小，一般100-200mm。沿易劈面布置的孔深，一般為分裂厚度的70%-80%，沿難劈面布置的孔深，為分裂厚度的85寫一95%。為減少損失、降低鉆孔成本、提高鉆孔速度，孔徑一般取32-38mm為宜。應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)孔距、孔深鉆鑿平行排孔，否則會(huì)造成分裂面凹凸不平，甚至很難開裂，致使荒料質(zhì)量和荒料率大幅度下降，荒料開采成本上升。為保證鉆孔質(zhì)量、減輕鑿巖勞動(dòng)強(qiáng)度，提高鑿巖效率，應(yīng)采用專用鑿巖設(shè)備，如滑架式鑿巖機(jī)。暫無專用鑿巖設(shè)備的小礦，可采用手持式鑿巖機(jī)鉆孔，但應(yīng)大力提高操作者的技術(shù)水平，且鉆孔深度限于2.0m以內(nèi)，否則鉆孔很難達(dá)到要求的精度和偏斜度。

2.1.3主要優(yōu)缺點(diǎn)。

　　鉆孔復(fù)合楔分裂的優(yōu)點(diǎn):設(shè)備簡單.操作技術(shù)易掌握，分裂面較平整以及由于擴(kuò)張板深入孔中、并緊貼孔壁，所以不會(huì)產(chǎn)生壓碎孔口而導(dǎo)致荒料崩邊，從而有利于控制分裂面(尤其是難劈面)的偏斜和提高分裂厚度。缺點(diǎn):勞動(dòng)強(qiáng)度較大、鑿巖和復(fù)合楔制作(既有技術(shù)要求，也要有相應(yīng)設(shè)備)難度較大。

2.1.4適用范圍。

　　鉆孔復(fù)合楔分裂的適用范圍，基本上與普通楔分裂的適用范圍相同。

2.2液壓分裂機(jī)分裂

　　用滑架式鑿巖機(jī)沿預(yù)定分裂面(線)鉆等距，等深的平行排孔;把分裂機(jī)的分裂器楔片按設(shè)計(jì)要求插入孔中，并調(diào)整分裂器使劈分中心線與預(yù)裂面(線)重合;啟動(dòng)液壓泵，分裂器楔片產(chǎn)生作用于孔壁的強(qiáng)大劈分力，將石材條石沿預(yù)裂面分離;關(guān)閉液壓泵。常用的傳壓介質(zhì)有液壓油和水。液壓分裂機(jī)(表l)由液壓泵站(又稱動(dòng)力站)和分裂器(圖2)組成，泵站在工作面的行進(jìn)為手推膠輪式。泵站與分裂器之間由高、低壓膠管連接并通過介質(zhì)傳遞壓力。每臺(tái)分裂機(jī)可驅(qū)動(dòng)3-5個(gè)液壓分裂器。

    液壓分裂法一次分裂條石尺寸、鉆孔布置、鉆孔尺寸及其質(zhì)量要求等，原則上與鉆孔復(fù)合楔分裂相同。

　　液壓分裂機(jī)泵壓可達(dá)相55-63MPa，經(jīng)楔片逐漸施于孔壁的劈分力，大而均勻，屬靜張力，巖體分離面較平整;不用人工打楔，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。