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目前，国内许多花岗石矿山，已经成功使用了矿山开采圆盘锯(以下简称开采圆盘锯)结合人工凿岩打楔劈裂分离方法开采花岗石荒料，如今已逐步发展到用金刚石串珠锯(以下简称串珠锯)水平锯切技术替代人工劈裂石料水平面。该方法弥补了原有开采组合方法的不足，使之成为了另一种高效全锯切开采花岗石及大理石的方法。在此，本文对这种全锯切开采方法进行分析介绍，并探讨其适用性。 ——编者 开采工艺方法 圆盘锯开采方法最早出现于福建省的花岗岩矿山，直接采用圆盘锯对矿体进行锯缝呈正交排列的垂直面切割，采用人工打楔劈裂分离石料的水平面，是一种半机械式开采方法。如果使用串珠锯将石料底面从矿体上锯切分离，仍使用圆盘锯分离切割石料的垂直面，可以弥补人工劈裂不能控制分离面平整度的缺陷，获得平整的石料分离水平面，是一种全锯切开采花岗石的方法。采用人工分离劈裂性好的花岗石矿体，水平底面的不平整度一般都大于 30cm；而串珠锯切割水平面的平整度与石材劈裂性无关，只与锯切面积大小及锯切工艺有关，通常 100m2 锯切水平面的不 平整度一般小于 l0cm。 圆盘锯与串珠锯组合开采花岗石时的关键问题是水平锯面积的大小，只要矿体采面足够宽大，圆盘锯切割矿体垂直的长度一般不受限制，而且是一次装机切割的距离越长越好，一般都在几十上百米，有时甚至超过一百米，两条锯缝之间所夹的面积可能达到 200m2以上。以往使用串珠锯开采时都采用高度 6～12m 的高台阶开采，水平底面的面积一般在 50～200m2左右，钻孔深度通常不会超过 25m。但配合圆盘锯开采后，如此大的水平面积切割将不受到交汇孔深度和交汇难度的制约。 可以通过调整分离体石料的尺寸，利用圆盘锯锯缝比较大的特点解决水平孔交汇对孔难度问题。采用直径 4.2m 的锯片、最大切深达到 1.8m，将分离体的深度方向(锯片切割深度)作为荒料的高度(荒料和板材的主切面)，垂直锯缝的间距作为荒料的长度或厚度尺寸。与生产板材圆盘锯不同，直径 3.5 或 4.2m 锯片的基体厚度一般是 12mm，刀头的厚度 14mm，最终锯缝的最小宽度在 15mm 以上，如果是旧基体或自制基体的锯片，加上锯片的偏摆，锯缝的宽度最大可能达到20mm。这么宽的锯缝完全可以容纳最大直径 12mm 的串珠绳，所以可将圆盘锯的一条垂直锯缝像开采大理石的臂式锯机的锯缝那样利用。 开采工艺流程 在具有三个自由面的矿体上采用这种锯切开采工艺开采，同样可以用于具有两个自由面的矿体上实施开采作业。因为矿体剥离、形成表面平整的开采平台属普通型作业，这里不再介绍。 按照作业的先后顺序，圆盘锯与串珠锯组合开采花岗石的主要开采工艺流程包括:钻凿垂直孔与水平孔交汇贯通(或省略该工序)→切割垂直立面——→穿引串珠绳——→串珠锯锯切矿体水平面——→圆盘锯网状切割分离矿体的垂直面，直接产生荒料；在串珠锯将分离体水平底面切割分离后，也可使用圆盘锯将分离体矿体切割成几块长度比较短的小分离，采用人工钻孔劈裂方法，将小分离体解体成荒料。其它辅助:工序如设备位移吊装，荒料的位移、吊装和运输等与通常开采花岗石对应的工序相同。 使用上述组合方法开采，当串珠锯锯切水平面时，过长的分离体石料与矿体之间最好有一个垂直立面连接，即使这样，在串珠绳切割后的锯缝内也应该及时插入支撑钢楔，并从圆盘锯机的垂直切割缝内插入专用钢楔支撑分离体的水平底面，防止水平底面在切割分离中或分离后塌落压住串珠绳。如果串珠锯切割水平底面时，分离体与矿体已经无面连接时，更应注意及时向水平底面的锯缝中加入支撑钢楔。 1.串珠绳切割面积的确定及串珠绳的穿引 为了使一次锯切分离的石料尽量多，如果条件具备，尽可能增大一次锯切水平面的面积。切割面积的确定首先需要考虑设备功率的大小，同时需要根据花岗石的硬度，以及掌握串珠锯切割技能确定 L 和 W 尺寸。相当于多个分离体石料水平底面一次切割分离，因为正交的垂直锯缝形成网状间隔中的石料就是荒料的尺寸，所以 W 尺寸应该是荒料的长度或宽度尺寸的整倍数。长度可根据矿体表面尺寸确定，一般不受限制。 根据目前了解到的信息，国内使用天石源公司 75kw 串珠锯切割花岗石矿体水平面的最大尺寸是 20×25m=500m2，可供矿山选择 W 和 L 尺寸时参考。建议最好选择长方形的水平锯切面。 使用圆盘锯切割时的锯缝宽度 15-18mm，最多 20mm，水平钻孔与这么窄的锯缝交汇处的空间比较狭窄，穿引串珠绳时，在此处完成 90 度转向的难度大。如果在此处钻凿一个直径比较大的钻孔，实际是扩大了交汇处的空间，使串珠绳在此处转向、穿引串珠绳更加容易。实际施工中通常会采用直接锯切 1、2 号线，并直接利用其锯缝来穿绳，但需要采用些其他措施来解决交汇处的空间狭窄及串珠绳贴低面切割的问题。 完成垂直钻孔后，圆盘锯垂直锯切一条深度 1.85m(假设使用安装 4.2m 直径的开采圆盘锯机)、宽度 1.5cm 以上的锯缝。垂直锯缝必须从各垂直钻孔的直径处穿过，至少与其相爱难过割。 切割垂直面时，必须将锯路两旁的渣土、碎石清理干净，完成切割后使用具有一定压力的水流将锯缝内部的锯屑清除干净，然后用干净的棉布塞封锯缝。如果锯缝中存留或掉落石渣，将无法完成串珠绳的穿引。 如果采用水平钻孔，在完成交汇孔钻凿和垂直锯缝切割后，在确保锯缝、钻孔和交汇处清洁无石屑的前提下，才能穿引串珠绳环绕水平面。采用与串珠锯开采石材中常用的棉绳导引方法，导引绳穿引顺序是从垂直孔至水平孔穿出，然后将导引绳另一端放入垂直锯缝中、并从锯缝进口处穿出。 如果直接利用锯缝，则必须使用工具将串珠绳压至最低部，并拉动串珠绳使转角处的直角磨圆同时保证串珠绳在最低部的位置切割。 总之串珠绳的牵引必须保证串珠绳在最低部切割。 2.串珠锯完成水平面的锯切 使用串珠锯切割上述水平面时，必须注意尽可能的减小串珠锯前方水平固定导向轮距离地面的高度。串珠锯主飞轮与地面的最小距离因机型不同各异，一般能保证串珠绳在主飞轮位置与地面的最小距离是 12cm 左右。石材矿山专用潜孔钻钻孔底面与地面的最小距离是 4cm，如福州天石源超硬材料工具有限公司的 TSY-DH90-P 型全气动潜孔。综合上述设备参数，水平面锯缝与地面的最小距离应该是 5cm 左右。安装串珠锯时，增大水平固定导向轮与串珠锯之间的距离，可缩小串珠锯主飞轮与水平固定导向轮和水平钻孔之间的最小高度距离差。 水平面锯切时串珠锯安装位置，其运动方向应与水平面的长边平行，以控制串珠绳切割矿体的长度基本是沿着水平面的短边方向，保证串珠锯在合适切割阻力下工作。为了防止锯切时环绕切面外侧串珠绳因自重和颤动引起其下垂，可在水平面外侧岩壁上每隔 3-5m(或更小)安装一个水平导向轮，用于支撑串珠绳在锯切过程中保持水平直线状态，两个导向轮之间可垫一些石块或轮胎进一步支撑串珠绳。处于圆盘锯缝内的串珠绳可由锯缝底部岩石支撑，不必考虑其下垂问题。 实践表明，在锯切 350m2水平面时，因串珠绳自重产生下垂引起水平面的不平度偏差在 10cm 之内。采用上述措施后，水平面的平面度偏差还会减小。正确的设备安装方式以及合理切割工艺能极大减/J)凹凸面的产生。 正确合理的使用锯缝钢楔，是切割持续的保障，必须在低部以及锯缝面都使用，以确保切割过程中矿体不发生位移。而其他如:串珠绳的冷却、水平支撑导向轮的撤换、更换旧串珠绳完成切面最后阶段锯切等切割工艺要求等等，与串珠锯切割普通水平面时相同。 3.圆盘锯分解锯切 采用圆盘锯与串珠锯组合开采，必须将水平面已经从矿体分离的石料切割成荒料、腾出场地后，才能进行下一块石料水平面的分离切割，所以会增加安装圆盘锯的次数。以一个顶面面积 10m×20m=200m2、深度 1.8m、体积为 360m3的分离体计算，如果能够达到 30%的荒料率，可生产出120m3荒料，按照 400 元/m3矿山交货价格，这些荒料价值 4.8 万元，多 1-2 次安装匾盘锯还是合算的。如果荒料价值更高，辅助安装圆盘锯的成本可忽略许多。 为了切透每块荒料的全部面，允许圆盘锯刃入与分离体相邻的分离体或矿体中。在后面分解锯切时，可根据实际情况确定是否利用这些延长的锯缝。 圆盘锯在分离体石料上切割分解荒料时，只要能保证荒料尺寸符合砂锯、圆盘锯的加工规格，应尽量回避裂隙，以提高荒料质量和荒料率。只要能达到上述目的，因此而增加多安装几次圆盘锯的成本也是合适的。 早期使用最大直径 2.8m 的锯片、最大锯切深度 1.2m 的圆盘锯开采时，可将 1.2m(分离体石料的最大厚度)确定为即将开采荒料的最大厚度。串珠锯切割的水平底面将是荒料厚度方向上的两个侧面，即从荒料上切割板材的主切面。圆盘锯切割的垂直面，是荒料的厚度方向的四个周侧面，即荒料的两个顶面和两个端面。所以这种开采方法所开采出的荒料，其最大厚度≤1.2m；长度和高度完全可以按照砂锯料的最大尺寸切割，达到 2-3.5m 或更大。因为这两个方向上的尺寸可完全按照圆盘锯的垂直锯路间距确定，理论上讲，在厚度确定的情况下，锯切多高和多长的荒料都能实现。使用安装锯片最大直径 3.5m 的圆盘锯，最大切害深度达到 1.55m，分离体石料的厚度仍可作为荒料的厚度，但在分解切割时，应注意荒料的体积和重量要在矿山吊装、运输设备的能力覆盖之内。 只要使用串珠锯切割分离石料水平底面，无论使用哪种直径的锯片，其刀头的最小厚度一定要保证达到或超过 15mm，以保证串珠绳的顺利穿引。 4.如可消除不同分离体之间的切割台阶 因串珠锯水平切割最低位置的限制，串珠绳切割面不能与水平底面重合，相邻两个分离体之间会出现至少 5cm 的台阶，如前面介绍。 如果分离体石料的厚度(垂直切缝的深度)是荒料高度尺寸时，每推进一个台阶至少将荒料的高度降低 5cm，而且是逐次递减。以宽度为 l00m、长度不限的采面为例，使用直径 4.2m 锯片切割时，如果每次推进的宽度是 10 或 20m，从该层石料最后一个分离体采出的荒料的最大高度将从最初的 1.8m 变成 1.3 或 1.55m。每次推进的宽度越小，出现的台阶越多，荒料高度减少的越多。 如果花岗石或大理石的花色均匀无方向，在准进到厚度不适合做砂锯料高度的分离体时，可将分离体的厚度变成荒料的厚度，如前所述，仍可以开采出合适规格的砂锯料。这时可采用逐层开采顺序，采完一层后再进行下一层石料的开采。 如果花岗石或大理石的花色有方向性，分离体石料的厚度只能作为荒料的高度，可采取分层阶梯推进的方法保持每层分离体的厚度均达到荒料的高度，如采用 4.2m 直径锯片时，保证荒料的毛方厚度是 1.85～1.9m。开采顺序变成沿深度方向的阶梯方式，即每开采完一个宽度的分离体石料，不是水平方向推进，而是向下开采另一层分离体石料。完成下层石料开采后，以该层石料底面为基础锯切第一层石料水平方向的第二个分离体石料，交替开采实现第一层各分离体石料之间的无阶梯开采。无论分离体宽度尺寸 W 选取何直，采用上述方法都可消除分离体之间的台阶差。 圆盘锯与串珠锯等设备 组合开采方法的特点 石材矿山开采时，应根据不同矿体条件、矿体外部条件、花岗石的可劈裂性、花岗石和大理石的花色品种及其市场价值、投资矿山企业的经济实力等因素，合理地选择全锯切开采花岗石和大理石的方法。圆盘锯机与串珠锯组合成的全锯切开采方法适用于具有一定采面面积的采场，只要道路能够通向采面或开采设备能够送到采面，该开采方法可用于山坡露天、凹陷露天类型的石材矿山开采。 1.圆盘锯机与串珠锯组合开采方法的适用性 安装锯片直径≤3m 的圆盘锯机，最大垂直切割深度为 1.25m。与串珠锯组合后，可用于花色均匀。无方向性的花岗石、大理石矿山开采。如果切割深度方向的花纹可以作为板材的主切面，这种组合方法可以用于开采高度小于 1.25m 的非砂锯或排锯荒料，其产品可做台面板和其他装饰板材。 安装锯片直径≤4.2m 的圆盘锯机，最大垂直切割深度可达 1. 9m，与串珠锯组合后，可用于花色均匀.无方向性的花岗石、大理石矿山开采。只要切割深度方向的花纹可以作为板材的主切面，这种组合方法可以用于开采高度 1.85m 的砂锯或排锯荒料，其产品可做成大板。如果圆盘锯机切割深度方向的石材纹路是垂直的，荒料的高度等于圆盘锯机的切割深度，切割出的板材是"朝天纹"花色，一般情况下这种花纹走向的矿体是不适合使用圆盘锯机开采，但如果市场能够接受此花纹石材，才可使用圆盘锯机开采。 经过调研和估算，如果花岗石矿体荒料率在 35%以上，而且石材的矿山交货价格在 600 元／m2：以上时.采用圆盘锯机与串珠锯组合法全锯切开采，仍可获得一定的利润，也就是说这时矿山具备采用这类全锯切开采方法的经济性条件。 如果矿体完整性好，可达到更高的开采荒料率，即便是销售价格较低的花岗石品种，仍可以接受使用人工劈裂水平面代替串珠锯的切割.圆盘锯荒料切石机切割分离体垂直面的开采方式。 在矿体完整性好、裂隙不发育的石材矿山，使用串珠锯切割水平底面时，因岩石坠落压卡串珠绳的的风险小，石材开采的荒料率高。如果矿体很破碎、裂隙发育，水平锯切时.必须注意及时向串珠绳的水平锯缝中插入支撑钢楔，同时还要防止垂直锯缝周围岩石滑落夹卡锯片。对于溶洞发育的喀斯特地貌软质石材矿体。锯切时应考虑适当增大冷却水量或调整冷却水加入方式，弥补从溶洞中流失的冷却水。 2.开采技术难度 上述的组合开采方法都具有比较高的技术性。除了要求矿山开采人员熟练掌握圆盘锯机在矿山的安装、开采石材的工艺技术，如何形成适合圆盘锯机作业的工作面外.还要掌握串珠锯对花岗石和大理石的切割开采工艺。因为荒料的多个表面被串珠锯或圆盘锯机锯切，其表面质量由机械设备保障，所以全锯切开采时的荒料质量受人为因素的影响最小。 3.开采荒料质量的对比 不容质疑，全锯切开采方法开采出的荒料质量最好，荒料的规格可以控制，六面都能得到机械设备的锯切，表面平整，荒料的成方性好，毛方比重非常接近于石材的实际比重，运输成 本降低，砂锯切割的成本也大幅度降低。对矿体的损伤小，开采荒料率大幅度提高，矿山的经济效益显著。 4.操作安全性的对比 该方法是一种无爆破开采花岗石的方法，矿山企业免除了火工材料采购、运输、保管和使用过程中的复杂程序、管理制度和方法，以及特殊的要求，也避免了因火工产品使用不当。对开采人员造成的人身伤害。只要严格执行串珠锯、圆盘锯的开采操作工艺及以安全使用规程，该技术方法的使用是相对安全的。 5.对矿体的损伤和资源的保护 只有全锯切开采方法既不会在矿体或荒料中产生新的裂隙或扩大原有裂隙，也不会使切缝周围的石材结构发生变化。所以全锯切开采方法是保护矿产资源、环保性开采的最好方法。 6.设备总投资对比 因为使用锯切机械设备开采石材，与以传统开采方法为主、机械设备为辅的传统或半机械化开采石材的方法相比，圆盘锯机、串珠锯的投资显然会大一些。但与矿山必须配套的工程机械投资相比.上述单台锯切开采设备的投资只有 300 系列挖掘机的几分之一到十几分之一。从开采荒料率提高使矿体资源得到保护和节约，因荒料块度增大和荒料质量提高使其销售价格提高，以及开采效率的提高、安全生产的保障等因素综合考虑，荒料实际开采成本与传统开采方法相比提高的幅度有限.如果将荒料出板率、加工成品率等因素考虑，全锯切法开采石材的实际成本是完全可以接受的。 |
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