饰面石材开采实用技术

陈永敏 （腾达西北铁合金有限责任公司，甘肃 兰州730334）

1 引言

饰面石材是建筑装饰用并可以磨光、抛光的天然岩石材料的总称，分为大理石和花岗石两大类。

饰面石材美观耐用、高雅华丽，主要用作高级建筑物室内外墙面、柱面和地面的饰面材；其次用作工艺美术品、石碑、建筑条石和砌块等；也可用作人造大理石和水磨石的填充料。随着我国建筑业和对外贸易的蓬勃发展，石材工业将会有更广阔的发展前景。我国饰面石材资源很丰富，是世界上开发利用石材资源最早的国家之一，据考证，早在隋朝人们就使用石材作为建筑物的台基、雕刻装饰物。目前全国绝大多数矿山都是采用凿岩爆裂法和人工劈裂法开采。因此，对大多数石材开采矿点来说，简单实用、成本低、高效益的采石方法显得尤其重要。

2 几种饰面石材开采实用技术

2.1 人工劈裂法

人工劈裂法简单实用、成本低，唯劳动强度大，且要求工人具有识别岩石及其劈理和熟练掌握劈裂技能。这在我国花岗岩矿山使用极为普遍，而且能取得较好的经济效益。

2.1.1 单楔

人工钻凿楔孔，楔孔呈倒锥形，开孔直径35～45mm，孔底狭长，其长方向即为岩石裂开的方向，孔深视预定裂开的岩石高度而定。一般眼深与预定裂开高度之比为1∶30，楔孔间距一般为10～15cm，有的可达30～50cm。在每个楔孔插入钢楔，依次锤击之，往复数次，直至岩石裂开为止。此法简单易行，应用十分广泛。

2.1.2 组合楔

单楔劈裂易将孔口崩碎，影响荒料（从岩体中最大限度地采出具有一定规格和技术要求，能加工饰面板材或工艺美术造型，完整无缺的长方体、正方体和其它形状的大块岩石）的规格，增加整形的工作量，且钢楔易跳起伤人，为克服其缺点而采用组合楔。

使用组合楔，先采用凿岩机钻凿排孔，其直径稍大于组合楔直径，孔深略大于组合楔长度，有些劈分性能差的岩石，其楔孔深等于预计的裂高。组合楔的直径可取22～34mm，长130～170mm，楔孔间距10～30mm，楔孔直径应比组合楔直径大2～4mm。

2.2 凿岩爆裂法

凿岩爆裂法是严格的控制爆破，采用7655型凿岩机钻孔，钻头直径为38～42mm。此法应用广泛，花岗岩矿山应用更为普遍。其特点是孔眼间距小、直径小、装药量少，装药量的多少以不破坏原岩及长条块石本身的完整性为原则。

2.2.1 导爆索爆裂法

将规格不同的特制导爆索按一般矿山的导爆索起爆网路联接，即每孔插入导爆索，且深入孔底，然后与母线捆扎，母线采用电雷管或非电雷管引爆。但每个炮孔均不装药，只靠导爆索本身的威力，使岩石产生炮震裂缝并贯通每个炮孔，达到爆裂的目的。有的矿山，炮孔中充水或岩粉、碎石作为传导爆力的介质，以达到更好的效果。

导爆索爆裂法其孔距为20～50cm，孔深即为台阶高。导爆索每米含药量有 12g、25g、50g、100g、150g、200g、250g 几种规格， 可根据不同的岩性选用不同规格的导爆索，亦可以根据所选用的导爆索规格调整炮孔间距。

饰面石材矿山推广使用不同规格的导爆索将是发展我国石材矿山，尤其是花岗石矿山的方向，它可以取得省时、省力、高效率、低成本的良好效果。

2.2.2 黑火药爆裂法

由于黄色炸药威力大，使岩石产生（炮震再生）裂隙而破坏其完整性，因此饰面石材矿山禁用黄色炸药而采用黑火药或其它低威力的炸药。目前，我国黑火药爆裂存在药量集中孔底，造成底部孔周过分破碎，而上部裂开面却不整齐，降低了荒料率，增加了整形工作量。故我们也可采取不偶合装药和预留空气柱等措施。可以作为饰面石材进行开采的岩石抗压强度均大于60MPa，其单位黑火药消耗量为 100～150g/m3。

2.2.3 爆裂管开采法（如图1所示）

其突出特点是通过管外的二个定位圈，很方便地将药包置于炮孔中间位置，即实现了全孔不偶合装药，又实现了孔中均匀布药，使爆破对原岩和荒料都无损伤，爆裂面凹凸不平度不超过3cm的部标要求。

爆裂管可用于大理石、花岗石开采中的单面、双面及三面分离作业，其操作简便、易于掌握、安全、成本低、效率好。

2.2.4 静态爆破剂采石法

静态爆破剂是以特殊硅酸盐的氧化钙为主要原料，配有其它有机、无机添加剂而制成的灰白色粉尘颗粒，加适量水搅拌调成浆状后注入炮孔，浆体在水化反应过程中，生成膨胀性的结晶水化物，并且伴随着结晶体的膨胀压力对外做功，迫使介质破裂，其化学反应方程式为：

CaO+H2O→Ca（OH）2+15.5 千卡/克分子

静态爆破剂通常由90%～95%的氧化钙，外加25%～30%的水，为了控制化学反应速度和硬化作用，还要加5%～10%的添加剂。当孔径为40mm、孔距为40～60cm，静爆剂所产生的极限膨胀压力为300～500kg/cm2。因此，只要选取适当的孔距和最小抵抗线就能满足破碎石材的需要。

2.2.4.1 石材尺寸的确定

根据市场建筑用石材的要求和运输条件的限制，一般选择的荒料规格为大于1.0×0.8×0.8m3。一般讲，成材尺寸越大，价格越高，单位静爆剂消耗量越小。因为石材开采一般都是在荒郊野外，太大了会给起吊和搬运带来一定困难，因而只要求设计尺寸在长、宽、高三个方向都为人工修边留有15～20cm的余量即可，在开采石料时，首先要根据岩石的地质条件合理地设计石材荒料尺寸和孔网布置参数，一般设计荒料尺寸为长×宽×高＝1.2×1.3×1.0 m3～1.4×1.1×1.2 m3。

2.2.4.2 炮孔布置参数

采用7655型凿岩机钻孔，孔径为38～42mm。孔网参数：垂直孔距为25～30cm，水平孔距为20～25cm，并布置控制荒料的导向孔，炮孔深度为1.05～1.10m。穿凿水平孔时，要求向下带有3°～5°倾角，便于静爆剂装入炮孔，除保证各孔垂直于水平面外，且孔与孔之间要保持相互平行，尽量达到设计的荒料尺寸和最大限度地利用静态爆破剂的膨胀压力。

2.2.4.3 装药及出材

垂直孔的装药量应控制在孔深的90%～95%，水平孔的装药量应控制在孔深的95%～100%。国产静态爆破剂产品装入炮孔后出现裂缝时间为2～8小时，历时20～24小时可达最大值，此时破碎速度加快，裂缝宽度可达3～5cm，最大达到10cm。在装药操作时，有时会遇到喷孔现象，一般发生在注入炮孔中以后10～15分钟之内。因此，操作者必须戴好手套和防护眼镜，免伤眼睛。另外，刚打完的炮孔，底部温度较高，还没排完的粉尘，也容易喷孔，此时最好冷却一段时间或加少量清水冷却孔壁或稀释粉尘，即可避免喷孔。

待膨胀裂隙达3～5cm后，便可采用人工打楔的方法加大裂隙的发展。当裂隙宽度能容纳钢丝绳后，即可用千斤顶配合起吊葫芦将料石起出，然后搬离工作面，进行人工修边。

静态爆破剂在切割整体石材时，单位消耗量为5kg/m3左右。

2.2.5 机械锯切法

锯切法广泛用于大理石矿山，凡是条件适宜的地方应提倡采用锯切法，包括分离、切割、整形。其优点主要有：

（1）破损少，可大大提高荒料率；

（2）机械化程度高，劳动强度小，劳动生产率高；

（3）锯切面平整、光滑，减少整形工作量。

锯切法的使用条件：抗压强度小于120MPa，石英（SiO2）含量小于3%～4%的各类岩石，可锯切垂直、倾斜、水平面。

以金刚石串珠锯或普通钢丝绳为主机配以液压钻机、液压顶石钻机、液压顶石机、桅杆吊等设备，装备年产2000～10000 m3大理石荒料的机械化开采大理石矿山。金刚石串珠锯是无极钢丝绳（直径 φ＝3mm），外套直径 φ＝10mm、长为 10mm的金刚石珠（金刚石珠间用弹簧相连，分段与钢丝卡紧），以线速度为0～30m/s运行，在水冷的情况下直接锯切石材；普通钢丝绳锯石机以线速度5～15m/s运行的无极钢丝绳（钢丝绳直径φ＝3.9～4.5 mm，钢丝绳的捻向每25～40m改变1次）带动磨料（石英砂或碳化硅粉加水）磨切石材达到锯切的目的。

从进口荒料的表面留下的开采痕迹来看，国内国外开采方法都一样，都是在台阶上分离、解体、整形荒料：包括荒料全部由金刚石绳锯锯割而成；荒料的底平面用金刚石绳锯锯割，而其他两个竖直面采用凿密集排孔用劈裂器和静态爆破剂分开。

3 结语

以上所介绍的几种饰面石材开采的实用技术，主要考虑以适合中国国情为主，以适合于不同层次的开采条件。这里既有投资少、简单易行、见效快的小规模开采方法，又有投资适中，运用比较先进的设备进行大规模开采的方法，对从事饰面石材开采的生产矿山，具有一定的借鉴作用。

为了爱惜石材资源，保护生态环境，国外早已淘汰任何形式的爆破方法。从饰面石材开采的发展均势看，我国已经能生产全套先进的石材开采设备，如凿岩设备、吊运装备、金刚石绳锯、链臂锯、金刚石串珠绳等各种机械，将金刚石串珠锯锯切花岗岩的成本降低到目前开采大理石的水平，使其成为开采花岗石的主要设备；进一步提高锯切大理石用金刚石串珠绳的使用寿命和效率，生产大功率的金刚石串珠锯，完全替代普通钢丝绳锯；进一步提高花岗石矿山开采的机械化程度，开展诸如高压射流水等新技术、新工艺开采石材的试验。

[1]廖原时.金刚石串珠锯在饰面石材生产中的应用技术[M].北京：冶金工业出版社，2009年01月.

[2]游宝坤.静态爆破技术--无声破碎剂及其应用[M].北京：中国建材工业出版社，2008年04月.

[3]采矿手册编辑委员会.采矿手册[M].北京：冶金工业出版社，2005年05月.