岩孔刻槽与风动潜孔刻槽机

发布时间:2021-09-19 09:17 点击:

石材矿山的产品是荒料,国家对荒料颁布有质量标准。标准中对荒料体积、形状、尺寸及内部质量都有具体规定和要求。荒料体积可分3种:小型 < 1m3、中型1~2m3、大型 > 2m3以上;荒料尺寸可分规格料和协议料,对于规格料其长×宽×高都有具体尺寸,如表1所示。
  荒料应从未经风化的岩体中采出,其形状为矩形六面体。6面名称如图上所示。
  荒料的大面应与岩面的节理面或花纹走向平行;荒料的表面颜色、花纹基本一致;晶体颗粒分布均匀;荒料内部无裂纹,也不能有明显的色斑、色线、色胆等缺陷存在。
  开采荒料,国家严禁使用炸药,目的是保证荒料产出率和质量,减少资源损失和浪费。然而,我国很少有石材矿山是按照国家颁布的荒料质量标准生产荒料的。
  一个正规化开采的石材矿山必须遵循如下建设步骤:
  1、矿区发现后,在矿产普查的基础上,建设部门与设计部门配合,通过分析、比较,选择区域内出露条件好、构造简单、技术经济条件好的矿床(矿区)进行地质勘探。
  2、地质部门按照饰面石材地质勘探规范规定,进行勘探煤作。为石材矿山建设规模的要求勘探各级储量,如表2。
  对于年产荒料在1万m3以上的大型矿山,地质报告还应保证首采3~5年所需的B级储量。
  3、矿山设计部门根据地质勘探详细报告、地质地形图、地质剖面图及相关资料为依据,进行矿山开采设计。
  4、矿山开采设计主要内容有:矿山地表开采境界及底部开采标高的确定;开拓运输系统选择;采场布置;开采面推进方向及台阶尺寸要素的确定;开采方法和设备选型;排土场位置选择,排土运输系统选择;排土方法及环保措施等。
  在我国,真正按照上述程序建设的石材矿山屈指可数,不会突破二位数。
  据资料显示,全国石材矿山开采能力达到1万m3的不超过100家,而且它们绝大多数都没有详查的地质资料,也就不会找设计部门进行矿山开采设计。因此,矿山也就不可能进行正规化开采。一些矿山开采方法十分落后,仍处在凿岩放炮的原始阶段,产出荒料的体积、形状、规格、质量都是随机性的。大小不一、形状各异。在数量上和质量上,都不能达到石材加工设备所需的要求。要想改变石材工业原料的产、需矛质状况,有关部门要重视中国石材工业协会林玉华同志那篇“我国石材开采业亟待解决的问题与建议”所指出的实际情况。大力进行行业调控和整顿。严格把握采矿许可证发放条件。对那些不具备开采能力,只会打眼放炮的小、土、散、乱的采矿点,要取缔、关停。使我国石材矿山真正步入正规化开采的轨道。
  荒料质量取决于先进的开采方法。为了做好石材开采先进技术的研究和推广工作,本人在《石材》杂志上曾多次推荐国内、外一些行之有效的开采方法。尤其提到刻槽开采法。湖北省建筑材料工业研究设计院的罗祖春同志也在《石材》杂志上发表数篇文章,理论结合实践,介绍了国外刻槽钻头研究进展情况和有关资料,也介绍了国内刻槽钻头研究水平和命名用效果,为业内人员了解刻槽钻头用途,认识刻槽开采法原理和使用方法都有很大帮助。
  刻槽开采法的实质就是在岩孔内壁上刻槽,如同用玻璃刀在玻璃上划条线一样,我们裁断玻璃,首先要在断开尺寸处用玻璃刀划条槽线,再用力掰,玻璃就沿导向槽线整齐断开。玻璃是脆性物质,岩石也是脆性物质。玻璃能从导向槽线处断开,如果我们在岩孔内壁上也刻槽线,制造导向断裂纹,再给岩孔内部施加外力,岩孔也应该会从槽线处断开。这种推断早被国内、外石材工作者证实。从此,就有了刻槽开采法。由于给岩孔施加外力的手段不同,又可细分:刻槽胀裂法、刻槽劈裂法、刻槽黑火药崩裂法。这3种方法我在石材矿山都试用过,虽然方法都可行,但是也有好坏之分。我认为刻槽胀裂法最好,适用于务类岩石。因为膨胀力的产生是逐步增大直至岩石断开。膨胀力均匀作用于整个岩孔壁上,作用点又集中于槽线处,这种外力正是“岩石断裂力学理论”提出的岩石从裂纹处失稳、断裂、断开发展过程中,施加外力应该具有的特性;而刻槽黑火药崩裂法次之,因为黑火药瞬时产生的爆生气体,其大小很难掌握,爆生气体小了会冲孔,大了岩石断裂面发展过程过快,有可能不从槽线处断开而走偏,会从其他抗拉更弱的自然裂纹处断开,如果爆生气体作用力恰到好处,岩石本身可劈性又好,则刻槽黑火药崩裂法也是好方法;刻槽劈裂法:可用机械劈裂和手捶劈裂,机械劈裂是用液压劈裂器,手捶劈裂就是铁锤加复合楔。由于劈裂器和复合楔都是置于岩孔上部孔口段,液压和手锤施力后产生的劈裂胀力,不是均匀作用于整个岩孔壁上,而是在岩孔口逐渐胀撕于岩孔。当岩孔口产生裂纹后,随着继续劈裂,则向每个岩孔施工时间会有先有后,施力大小会有轻有重。因此,每个岩孔断裂状态不可能步调一致,如果岩石节理裂隙发育、各相异性,则容易使岩石断裂、漂斜,而不是沿槽线处断开。对于可劈性差的岩石,使用该法不但岩孔间距要小。而且各个岩孔要步调一致,否则,岩石会向抗拉更弱的部位断开。
石材矿山无论采用哪种刻槽开采方法,都需要在岩孔壁上刻槽,从上到下刻出二条落在岩孔直径上的对称槽线。如图2所示。槽线在孔壁上成直线而不能扭曲,这样才能保证岩石断开面平整。
  刻槽开采法的关键是刻槽工具。刻槽开采法在我国石材矿山推广缓慢,除矿山还不具各使用条件处,也与刻槽工具还达不到实用要求有关。
  目前,国内采用的还是刻槽钻头。笔者前几年研究的多刀刃装配式刻槽钻头,在石材矿山使用中存在如下问题:
  1、操作不方便。因为它还需要用凿岩机为动力,又不能让凿岩机有旋转功能,需卸下掉凿岩机施转部件。操作时凿岩机在上,头重脚轻、冲周刻槽、不好掌握;
  2、冲击式刻槽。槽线容易上下扭斜不成直线。扭斜槽线是达不到岩石预裂效果的;
  3、刻槽钻头进入岩孔卡住后,不易取出或根本不能取出。
  因为刻槽钻头有这些致命弱点。所以,我弃之而研制出风动潜孔刻槽机。该机具经过近3年在不同岩类矿山使用,得到了矿山的好评,它们共同期待该机具早日服务矿山。
  下面介绍一下岩孔刻槽与风动潜孔刻槽机的性能特点:
  岩孔刻槽:要想从岩体上分离出大体积城(≥30m3)岩块,又不会使分离岩块破裂,则开采手段和方法十分重要,在岩孔内刻槽,采用刻槽胀裂法,适合我国石材矿山现状。刻槽胀裂法要创造3个开采条件:一是采场要形成开采台阶,台阶高度视矿山具体条件而定,最好不小于3m;二是台阶开采作业点要具有3个自由面;三是被分离岩块的底平面要用金刚石绳锯或链臂锯锯割成缝。如图3所示,绝对禁止采用抬炮,也就是用黄炸药炸开。
  金刚石绳锯一次锯割面积,按图3尺寸≥12m2。
  在图3状态下,国外矿山对其余两个岩面是采用凿密集排孔,然后用膨胀剂胀开,我们可以从进口荒料表面岩孔痕迹测量岩孔间距一般为100~200mm左右。因此,凿岩工作量很大,由于国处是采用液压排钻,凿岩设备先进、凿孔速度快、效率高,问题不突出,国内矿山凿密集排孔就有困难。如果采用在岩孔壁上刻槽,则在达到同样开采效果的前提下,只需要凿1/3至1/4的岩孔,也能用膨胀剂胀开。因为岩孔内壁上刻出两条对称槽线后,槽线就是导向断裂纹,膨胀剂在有槽线的岩孔中产生的膨胀力,必然全部集中作用在槽线上,这就是所谓“应力集中效应”,有槽线岩孔其内膨胀力有了方向性,形成两股相反方向全力撕拉岩孔槽,膨胀力都为断开岩石做有用功。无槽岩孔、膨胀力平均作用在岩孔圆周壁上,力的方向呈辐射状,只有部分膨胀力为断开岩石做有用功,大部分膨胀力只是在压缩岩孔圆周壁,做的是无用功。这种结果,我们在矿山实用过程中得到证实。
  目前,我国有多家企业生产金刚石绳锯和链臂锯。如果石材矿山采用金钢石绳锯或链臂锯,配用刻槽机,采用刻槽胀裂法开采荒料,将会给矿山带来事功半效果。
  现在膨胀剂国内生产厂家多,销售价格已有所下降。岩孔壁上刻槽后,对膨胀剂的标号
  要求也可降低。因此,如果用量大,矿山完全可以自产自用,生产膨胀剂很容易,其成本在400~500元/t。
  刻槽胀裂法的优点是,提高荒料生产率,降低开采成本,保证荒料规格质量,充分利用资源,减少排废量而有利生态环境,不用雷管炸药而有利生产安全。
  风动潜孔刻槽机:顾名思义,它是以矿山压气为动力,机头潜入直径为40mm岩孔内,通过特制的金刚石锯片,自上而下在岩孔壁上刻出深6~8mm,宽2mm、长等于岩孔深的两条对称槽线。金刚石锯片受排气冷却,能保证金刚石锯片使用寿命。
  该机分3个部分,即操作部分、动力部分和工作部分、3部分串接成一体,如图4、图5、图6所示,该机若按3m深岩孔配备操作杆长度,则整个机具重量为7.2kg。
  该机具结构合理、操作方便、刻槽速度快、槽线不会歪斜、更换锯片容易、安装维修方便等特点。
  由于岩石种类多,岩性各异、构造有别。所以,对金刚石锯片的要求也不一样。金刚石锯片现分高、中、低3个品级,对于各种大理石和细粒径变质岩而言,低、中档锯片刻槽都在100m以上。对于伟晶状、大颗粒石英构造的确良坚硬花岗岩,刚金刚石锯片容易磨钝或金刚石容易脱落,刻槽速度减慢,这个技术问题我们会进一步解决。
  凡是能用金刚石绳锯的矿山,都能用该机具刻槽。刻槽断裂岩石比金刚石绳锯锯割岩石要省时、省钱、省事。如果矿山全部用金刚石绳锯来分离,解体岩石,则荒料生产成本会高出荒料销售价。例如原湖北大悟蛇纹岩矿,就是全部用意大利金刚石绳锯和带锯分离、解体岩石,产出荒料外形漂亮,表面平整,6面相互平行,八角俱全。但核算下来,荒料每m3开采成本为4800元,而荒料销售价每m3只有1200~1600元,荒料生产越多,矿山亏损越大,最后只好关停。笔者在2005年《石材》杂志2期上发表一篇“小型矿山怎样合理使用金刚石绳锯”的论文,把小型矿山合理使用金刚石绳锯的好经验和好方法,介绍给了读者,望读者从中得到启发,取长补短,针对自身条件,巧用金刚石绳锯,创造更合理的石材开采方法。
  目前,我们寻求在有条件的矿山开办采用刻槽胀裂法开采荒料的样板矿山,其条件是:采场已形成开采台阶,在用金刚石绳锯或链臂锯开采,我们给予技术扶植,帮助他们用金刚石绳锯或链臂锯与刻槽机具配合,采用刻槽胀裂法分离、解体岩石,达到提高荒料产量,降低生产成本的目的。

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