石材劈裂技术的现状与发展

石材劈裂技术的现状与发展2010****采矿1002***摘要：国内目前按作用原理可将石材劈裂技术分为钻爆劈裂、热力剥落和机械切削三大类。热力剥落法因能耗高、作业条件恶劣、不环保，在将来将逐渐被淘汰；钻爆劈裂法随着技术的进步已逐渐向机械化发展，是目前和今后一段时期内的主要石材开采方法；机械切削法响应“珍惜资源，保护生态环境，走机械高效化的道路”，以其开采效率高，生产成本低，机械化程度高的优势将成为今后石材劈裂技术的主要发展方向。关键词：荒料、石材、劈裂、分离、切分、开采机械一、概述自上世纪80年代起，我国石材开采摆脱了靠抡大锤完成荒料劈裂的生产方式，进入了工业化快速发展阶段，各种新技术、新装备等现代开采手段广泛应用到石材矿山，使石材开采行业技术水平发生了革命性的转变。石材劈裂技术是条石分离、荒料切分和整形的最基本和最主要的技术之一，它是针对石材抗拉强度远小于抗压强度的特点，利用外力产生的劈分力将石材以一定的形状分离开来。我国石材荒料的开采，就目前实施的开采工艺而言，大致有以下几种方法：控制爆破法：用凿岩机（手持式或配支架）钻凿炮孔，运用预裂爆破原理装药爆破。其优点是成本低，工艺简单；缺点是火药爆破资源浪费巨大，成材率较低，且不安全。药剂膨胀法：用凿岩机（手持式或配支架）钻凿炮孔，装膨胀剂实现静态爆破，取出方料。其优点是膨胀剂成材率相应提高；缺点是效率太低，且易受天气的影响。机械膨胀法：用凿岩机（手持式或配支架）钻凿炮孔，运用液压石材劈裂机切分石材，获得方料。其优点是工人劳动强度低，作业区域覆盖能力强，实用性强；缺点是基建投资高，维修经营费用高。火焰切割法：用火焰喷射，靠高温熔化岩石晶粒，切割成型。其优点是成材率提高；缺点是目前成本高，作业条件恶劣，不适应小块分割。机械切割法：用金刚石串珠锯等锯切机械往返拉锯，摩擦磨损割裂岩层切出荒料。其优点是成材率高，开采效率高，机械化程度高；缺点是基建投资高，开采成本高，开采石英岩等硬度高的岩石时，工具磨损严重。二、 控制爆破劈裂法炸药控制爆破法又可按控制成缝工艺不同分为：孔壁刻槽、导向空孔、异型炮孔，压型药柱、缺口药包、扁平药包、聚能药包，切缝套管、挤压钢棒、聚能水压、半圆套管，错位布药、时效控制、压力气瓶等方法。控爆劈裂法是建立在预裂爆破理论和实践基础上的，其原理与预裂爆破相似。在需要劈裂处凿密集炮孔，每孔少装药，爆破时使劈裂面沿着炮孔所在的直线发展，最终将荒料分离开来。但它容易受天然弱面的影响，对有一定节理发育的岩体开采效果不佳，机械化程度低，劳动强度大，生产效率低。三、 药剂膨胀劈裂法膨胀剂在我国八十年代初出现后，膨胀剂劈裂法开采石材研究十分活跃。它也需要在劈裂面凿密集炮孔，然后向炮孔内注入膨胀剂，利用膨胀剂的膨胀力将岩体分离，是一种静态分离的过程。它最突出的优点是不产生冲击震动，开采荒料质量可靠、施工简便、安全；缺点是膨胀作用过程时间长，易受天气影响。目前膨胀剂品种除普通型外还有高能膨胀剂、快速膨胀剂、卷装膨胀剂等新品种。、机械膨胀劈裂法最原始的机械劈裂方式是普通楔劈裂。首先，在所确定的楔窝位置上手工凿楔窝；其次，将选定的劈裂楔依次置入楔窝中，并使其横断面长轴线与劈裂线一致；最后，人工用大铁锤依次、循环向下锤击楔顶。在楔的向下尖劈力和楔边扩张力的作用下，将条石沿劈裂面从原岩体上分离开来。现在，机械劈裂法常指凿岩机和液压劈裂机联合使用。工艺过程：凿岩机钻凿炮孔，根据不同质理的岩石确定钻凿炮孔的深度、孔距和炮孔孔径。炮孔钻凿完毕后，将劈裂机楔形块组件插入炮孔中，启动油泵，以高压液压油为传动介质，产生巨大分裂力，将岩石在承受巨大拉力状态下分裂成材。目前比较先进的劈裂机采用多个液压劈裂头的车载形式，与多头台架式凿岩机组合使用，可进行高效率的分离体机械劈裂解体，也可对荒料进行机械劈裂整形作业。图1YP-12A车载液压劈裂机凿岩机与液压劈裂机联合使用可以：1作业区域覆盖能力强，2实用性强，3作3/7业效率高，4适用不同石质的矿山，5工人劳动强度低，6避免使用炸药，安全有保障。五、火焰切割劈裂法用喷射火焰灼烧劈裂面处，靠高温熔化岩石晶粒，从而形成劈裂槽，最终将岩体分离开，同时在距离喷射火焰一定距离处洒水降温。虽然火焰切割劈裂法成材率较高，开采效率也合适，但其能耗太大，开采成本较高，现场气浪滚滚，水汽弥漫，工作环境恶劣，所以现在石材开采用的并不多，仅适用于含石英较多的岩石。六、机械切割劈裂法（全锯切）全锯切开采是目前机械化、现代化开采石材的标志，是节约石材矿产资源、提高开采效率和开采荒料率、降低开采成本的机械化石材开采方法，尤其适用于软质石材的开采。锯切开采设备有：金刚石串珠锯（图2）、臂式锯（图3）、开采圆盘锯（图4）和车载式圆盘锯（图5）。金刚石串珠锯是非常成熟的锯切开采石材的设备，目前国内生产的串珠锯和串珠绳不仅规格齐全，而且质量、性能等技术参数指标达到国际先进水平，完全能够满足石材矿山的应用需求。

图275KW主电机金刚石串珠锯图图275KW主电机金刚石串珠锯图5车载式开采圆盘锯按照链臂锯最大切割深度的不同，可将其分成最大切割图4国产双锯片开采圆盘锯深度超过4.5m的大型链臂锯、切割深度在1.5-4.5m之间的中型链臂锯两种机型。切割臂长度小于4.5m的中型链臂锯最早出现于上世纪80年代初，至今仍是软质石材开采的主要辅助开采设备；臂长超过4.5m的大型链臂锯切割臂的制造涉及到材料和制造工艺等领域，虽然其研制工作从80年代中期就开始，但直到21世纪初才正式在大理石矿山使用。单独使用圆盘锯直接对矿体进行锯缝呈正交排列或平行的垂直面切割，然后人工打楔劈裂分离石料的方法，是一种半机械化开采方法。当开采软质石材时可使用串珠锯将石料底面从矿体上锯切分离，然后用圆盘锯切割分离石料的垂直面，这样可以提高机械化程度。目前国产开采圆盘锯安装锯片的最大直径为4.5m,最大切割深度可达2.05m。车载式圆盘锯是一种由工程机械改装而成的车载式石材开采机械，它的锯片动力头组件与去掉铲斗的挖掘机臂末端连接组成。可以根据石材的硬度更换不同的金刚石锯片，适用范围较广，开采效率高。目前有多种开采机械可组合成不同的全锯切开采石材荒料的方法，分别是串珠锯独立组成，中型臂式锯与串珠锯组合，大型链臂锯与串珠锯组合，串珠锯或臂式锯与开采圆盘锯或车载式开采圆盘锯组合，以及臂式锯独立组合形成的全锯切开采系统。全锯切法开采石材提高了开采荒料率、改善了荒料质量、提高了矿山经济效益，使矿体资源得到很好的保护和最大限度的利用，是目前开采石材机械化程度最高，最经济，最高效的方式，尤其对于软质石材。七、联合劈裂法联合劈裂法即运用多种手段（工具）联合开采石材。首先，在开采台阶的底平面，用金刚石绳锯锯开一个平面，造成分离岩块有四个自由面，成悬挂状态，自重势能集中在两个支撑面上，分离岩块处在不平衡状态。然后，在支撑面位置上凿排孔，在孔壁上刻槽，制造断裂导向裂纹，岩孔槽线的朝向一致在一个平面上，该平面与分离岩块的支撑面重合，再用液压劈裂机能轻而易举地把岩块从岩孔槽线处平整断开。分离岩块的解体、整形也可采用岩孔刻槽劈裂，不仅方便、快捷、可靠，而且荒料生产率高、质量好、成本低。八、结论改革开放后的3O年，国内石材矿山取得了突飞猛进的发展，也带动了石材开采技术和设备进步与发展。联合劈裂开采法综合各种劈裂技术的优势，在一定程度上规避了单个使用某种劈裂技术的缺陷，大大提高了石材开采的效率，保障了作业的安全性，同时降低了石材劈裂成本，是目前最优的石材劈裂方式。例如，矿山采用金刚石绳锯锯割台阶底平面，可以淘汰“抬炮”法，实现一次分离出较大体积的岩块；矿山采用岩孔刻槽机，可以淘汰“爆破法”和“密集排孔法”，减少矿山凿岩工作量；矿山采用液压劈裂机，可以取代安全性差的“气压法”和受气候影响的“胀裂法”；矿山采用“绳锯、刻槽、液压劈裂法”，可以提高矿山荒料生产率，提高荒料质量，降低开采成本。参考文献:艾耕，开采荒料专用液压劈裂机［期刊论文］-石材■矿山开采廖原时，软质石材的全锯切开采方法［期刊论文］-石材■矿山开采方莹，王造时，石材荒料开采新工艺与装备［期刊论文］-石材2006(2)高金石，张继春，杨军，石材开采爆破劈裂机理及新工艺与新药剂试验研究［期刊论文］-西安冶金建筑学院学报1989(12)陈宝心，梁开水，石材