中国石材开采新动力（很不一样的石材开采技术）
中国石材开采的新动力
岩石孔内刻槽气胀法成熟运用
一、前言
中国的石材行业现状是矿山开采远远落后于加工业发展，落后的原因有很多，但其中开采技术的问题是最主要原因之一。落后主要表现在：资源浪费严重，荒料率低并不成型，经济效益低。国外石材矿山机械化程度高，投资成本大，开采设备及技术先进，这是我们远远赶超不上的。密集钻孔灌入膨胀剂一次分离或绳锯切割膨胀剂二次分离开采法严重影响到矿山生产效率及荒料成才率。
上图是密集钻孔法开采，成材率生产效率普遍偏低.
我国有众多石材矿山，资金雄厚的可以引进国外先进设备，没有实力的只能采用传统开采方法。矿山开采方法关系到矿山荒料成才率、荒料生产成本及对自然环境的影响等等。因此规范开采矿山、寻找先进的技术开采是我国石材矿山当务之急。每一块荒料从矿山装运到加工厂是非常不容易的，科技开矿，珍爱资源！
笔者要给大家详细介绍一种先进、经济、适用的石材开采方法,国内独创，岩石孔内刻槽气胀法-也称之为‘应力集中控制气胀法’,同时兼述刻槽组合其他开采方法带来的优点。如今刻槽技术已十分成熟，相信此技术的推广运用将会是石材行业一次新的改革，同时该技术也会引起更多相关领域的重视。
二、刻槽气胀法的介绍
刻槽孔应力分布图
刻槽气胀：在圆孔中用刻槽工具刻出两条对称的槽线，槽口会产生应力集中现象，在良好的堵塞密闭情况下，通过专用的气体膨胀剂装入孔内，产生准静态压力，即可使岩石达到良好分离效果。(注:气体膨胀剂不是炸药，与低速炸药、金属燃烧剂、黑火药及硝铵炸药等不是一个原理，不会产生爆炸，冲击敏感度为‘零’)
刻棺气胀的运用十分简单，只需手持式风钻机便可实施。使用方便，很适应我国的矿山现状。刻槽孔与圆孔相比有很大的优势：可以减少岩石钻孔数量，有效控制断裂方向，提高荒料的数童与质童、降低生产成本。由于槽孔的存在, 气胀后在槽尖产生应力集中,从而改变可炮孔周围的应力场分布, 使得能量相对集中地作用于该处, 并优先由此产生裂缝, 同时也抑制了其他方向裂纹的形成和扩展。
早在 20 世纪 80 年代前后，国内外高等学院及研究院的专家就对岩石孔内刻槽做过深入研究，方便、耐用的工具研发是阻碍刻槽技术发展的重要原因。孔内刻槽近十年来越来越受到人们的重视，其应用范围不仅仅是石材开采。可以预言，岩石孔内刻槽，随着机械化程度的普及，科学技术的进步、这项控制气胀技术将会运用到很多领域。
首先，说明一个很重要的问题，刻槽气胀与圆孔爆破、刻槽爆破是完全不一样的概念。气胀永不会产生冲击波。刻槽后，采用不耦合方式装入炸药，装药结构存在导致偏心现象，加上炸药产生强大的冲击波，爆轰作用的存在会不同程度损伤了石材内部。
气胀是耦合装结构形式，通过气体膨胀准静态压力做功.在近乎完全密封的状态下，气胀药剂通过极短的反应时间，瞬间产生巨大的压强推动岩石，使岩石分离，整个过程不会产生爆轰的反应。刻槽气胀需要非常好的堵塞技术，这是气胀成功的技术核心之一。如今堵塞技术已完美解决，非常省时的就能完成堵塞作业。如下图所示，圆孔+炸药与刻槽孔+气胀鲜明对比.
1.导爆索垂直孔爆破 2.导爆索水平孔爆破 3.导爆索爆破效果
刻槽气胀
气体轻轻的喷出来，没有震动声，由于堵塞效果好
岩石在静压力的作用下分裂开.
刻槽孔是指在孔壁上刻上两条对称的岩孔。从一个简单的现象可明白：金刚石划玻璃，划过一条线的玻璃，用很小的力就能把玻璃平整的掰下来。划过线的玻璃线口处生产应力集中现象。想通过这个简单的现象，使广大读者朋友们对刻槽先有一个简单的认识。
再通过笔者到现场进行的多次实验，让大家对岩石孔内刻槽有一个全方位认识。国内开采技术普遍落后国外，就我国的国情，大规模纯使用机械化开采石材是不现实的，除非石材具有较高的价值。所以，研究出一套省时、省工、省料的开采方法是非常关键的。通过现场进行了大量的开采实验，取得了很好的效果，现已成熟运用，各项技术难关均已解决。希望通过图文并茂的叙述，能引起石材行业者对刻槽的认知和重视。
刻槽气胀技术以其成本低廉、施工方便、气胀效果良好，比传统的圆孔控制爆破追求的目标更高，笔者相信，刻槽气胀技术的发展必将会对隧道工程、公路和铁路路堑开挖工程以及矿山开采等领域产生深远的影响。
三、刻槽工具的介绍
如今，岩石圆孔刻‚V‛字槽有三种方法：
1.凿岩机冲击刻槽
2.高压射流成槽
3.爆轰冲击波成槽
本文重点详述第一种方法：凿岩机冲击刻槽（分一次切槽法和
二次切槽法）
1）.一次切槽法
钻杆和切槽工具连成一体，通过利用风动凿岩机的高频率冲击力和高强度扭转力，在岩石上边钻孔边刻槽。可想而知，想要克服扭转力在岩石孔内出对称、笔直的 V 槽是很难的。对于深孔而言，一次切槽工具，由于不能保证槽口的质量、严重时甚至卡钎、刻槽刀头磨损严重，此项工作继续开展遇到了很大的难题。笔直认为，研发出既钻孔又能刻槽的钻具，是一项非常艰巨的科研课题。
2）.二次切槽法(笔者着重推荐使用该方法对圆孔刻槽，工具已经成功研制)
刻槽工具分两部分组成:引槽刀+刻槽刀
引槽的目的：为了保证刻出的槽口质量高，特别是排孔布置的
时候，保证孔中心线尽量在一条直线上。
步骤 1 ： 钻圆孔用 Φ 40mm 一字钎头、十字钎头或者球齿钻头都行。
步骤 2 ：引槽 (此步骤目的是：尽量使各孔直接之间槽口在一条直线上)，接着凿岩机刻槽(笔者最深刻过 4.5 米，无卡刀，刻槽刀头有定为卡，六方螺杆改装后，只有上下冲击的作用).如果孔深 1米，采用 18 型号的风动凿岩机，按刻大理石计算，不超过 40 秒。刻槽孔 18 型号的凿岩机足够，当然型号越高刻槽速度越快。
步骤 3 ：刻槽，可根据现场钻孔深度要求进行刻槽作业。刻槽深度，6 米以内均可。下面是引槽到刻槽的图解。
关于刻槽现场作业情况，请读者百度搜索:黔文科技石材开采工作室网页，网页有更多的现场图片和视频，让读者更直观了解刻槽气胀法开采石材）
四、三种刻槽孔的作用介绍
1.‘一字槽’
岩石从基岩单面分离时，需要布置一字槽孔。图中是有四个自由面的情况，岩石水平分层。布置排孔时，一字槽口尽量保证在一条线上，这样可以保证应力集中叠加效果更明显，岩石裂缝容易贯通。如果是两面进行分离，先分离一个面，再分离第二个面。
2. ‘四瓣槽’
基岩两面气胀时，转角交汇处需要布置。气胀进行两个面分离时，因为不是和炸药爆破不一样，需要先后对岩石各面进行分离。
3. ‘六瓣槽’
六瓣槽运用在碎石矿山。碎石矿山只需要把岩石破碎，所以刻多瓣槽的目的是使岩石散开成多瓣，气胀后的岩石不用进行二次分离，避免了重复打孔的工作。刻槽后，装入炸药的量将减少 1/4，而且岩石达到了控制爆破的分离效果。
以上三图，分别对不同硬度石头进行的现场开采实验，均布置一个刻槽孔，分离效果很好，排孔单面气胀效果也甚好。孔距的布置，具体看岩石的种类,分离岩体的高度，宽度等.经验估算：大理石平均孔距 1.0m,花岗岩平均孔距 1.2m.
具体布孔需要根据现场情况确定，岩石长宽高、劈裂性及最小抵抗性等来确定孔的平均间距
这是刻槽与不刻槽，岩石内部开裂的精细对比刻槽孔没有受到压
五、刻槽综合开采法介绍
我国石材资源储蓄量世界第一，消耗量同时也是世界第一。意大利、西班牙等国外发达国家，为了提高成材率，采用了先进的机械化台阶式进行开采，这样的投资，其成本昂贵，石材价值高才比较合适，由于属于高投资，使得中小企业矿山难以采用机械化开采。现在我国大多数还是采用人工开采法、静态膨胀剂破裂开采法、绳锯机械开采法等。
根据矿山的规模、岩石的硬度、矿体走向，选用多种方法组合开采石材才是最科学，最有经济效益的。石材矿山提高生产速度是非常关键的,国内主流的开采工艺导致机械台班费太高了，机械使用效率太低。租赁来的挖机，叉车，实际上真正利用的时间估计就半个月，其他时间都用在钻孔。静态膨胀剂最大的缺点就是时间成本太高，开采效率太低，必须等反映结束后,石头裂开才有工作可做。
1.传统圆孔+ 静态膨胀剂 ( ( 改为 ) ——刻槽孔+ 静态膨胀剂
改进后的好处: :孔距加大近 1 倍多，膨胀剂装药不用装到孔顶，留 1/5 即可，膨胀剂使岩石开裂时间大大缩短，最长达 6 个小时。节约了成本，无形中降低了劳动强度、降低了生产成本，提高了荒料成才率，给提高了企业的经济效益。
岩石水平分层,对小型荒料的矿山可用此方法开采。静态膨胀剂作用时间长，性能不稳定，受天气影响大，影响工期这是最重要的，也是最不能采用的原因之一。传统的开采方式，密集钻孔，大理石孔距约 20cm，若从基岩上分离，10 米长度大约需要布置 50 个孔，这样的凿岩工作量是不可想象的。圆孔岩石破坏没有方向性，分裂开需要很大的静压力，导致分离出的岩石受到破坏，大大降低了荒
料成才率。所以，推广刻槽法是很有必要的。
这是某矿山的现场图，开采技术落后，导致荒料成才率偏低
2. 圆孔+ 劈裂器 ( ( 改为 )—— 刻槽孔 + 液压劈石器或人工大锤敲击劈石
改进后的好处: 孔距增加，岩石劈裂有了方向性，而不是随机分裂。
此方法适用于分离、解体、整形岩石。基岩厚在 2 米以内，岩石抗拉强度小，刻槽后把劈裂器放入孔内，通过液压劈裂机或人工大锤，使岩石达到分离的作用。槽线在长度、深度等都远大于天然裂纹或裂隙。
采石场厂要形成多个台阶面，台阶面的形成决定着矿山的生产力。如果岩石采面形成了，2 米以内的厚度，也可以通过刻槽劈裂法分离基岩。
下面介绍一下劈裂法所采用的工具
楔块劈裂
传统开采，圆孔密集钻孔，劳动强度大，人工大锤敲或者机械打楔子，但石头裂缝散乱
3. 刻槽+ 气体膨胀剂( 注：不是炸药，也不是低爆火药，不产生爆轰爆炸的作用，类似于金属燃烧剂，冲击敏感度‘零’)
这是本文最重要，最想叙述的，同时希望用这篇文章，让石材开采的工程朋友们，感受到刻槽气胀的震撼性。
花岗岩由于硬度很高，采用导爆索、岩石 2 号炸药等传统爆破的形式开采石材不会造成内部太大的损坏，若使用爆破的方法开采大理石上则不行，硬度小于花岗岩，炸药爆轰作用会损伤岩石内部。
关于炸药爆破法，笔者不再叙述。下面详细介绍刻槽气胀法。
传统爆破开采方式
刻槽气胀法，利用刻槽孔的优势，借助膨胀气体产生的压力，把岩石胀开。该方法比手工楔块效率高，比炸药爆破开采提高了荒料率，比机械切割法降低成本，无冲击波，无飞石，噪音小，均适用于大、中、小型矿山采用。大中型石材矿山，刻槽气胀法、配合使用金刚石绳锯、链臂锯等，效果会更好，节约成本，提高成才率才是开采的终极目标。
刻槽气胀所需工具
1.刻槽工具 2.凿岩机 3.压泥
3.塞泥杆 4.气体膨胀剂 5.发爆器
由于气胀剂作用相对炸药、黑火药等缓慢得多，对炮口堵塞要求很高。如果堵塞不严密，会造成冲孔现象，会导致岩体不分离。填塞填塞质量对气胀剂有效的发挥很关键，要求严格。
1、刻槽气胀步骤:钻孔→刻槽→装药→堵塞→起爆（该方法可以串联多孔同时起爆）
2、钻孔注意事项。钻孔要尽量打直、打平，保证深度和垂直度。只有保证了钻孔刻槽的质量才能使切割面平整度高，从而提高了成才率。
3、炮孔设计。刻槽孔不同于圆孔，有了槽口，就相当于多了导向作用。分离岩体宽度在 2 米以内的厚度，台阶高度在 2-3 米，平均孔距在 1m 左右，装药量经验值，基岩:180g/m，孤石:100g/m。具体布孔，需要根据现场判断，边孔和中间孔也十分有讲究。
4、母线引出。由于刻槽孔有槽口的存在，装药时只要贴着槽口拉紧线，母线是不会被打断的，这就需要工人细心操作。堵塞过程中应该仔细、线被打断就废孔了。掏空是非常花费时间的，只能重新钻孔。
5、堵塞。弃用了铁锤打炮棍的办法，作业太时间长，堵塞质量不高。现在采用的机械塞泥杆工具，通过凿岩机向下的冲击机捣实黄泥，当听到塞泥杆有‘铛铛铛’的声音即可停止，在机械堵塞高频撞击下，此时黄泥几乎打成了‘刚体’。一定要分段堵塞，切勿一次性捣实黄泥，这样堵塞质量得不到保证。机械堵塞很快，一般5-10s 左右即可完成分段堵塞作业。2米的炮孔深度，一般 2 分钟就可以完成堵塞作业。
6、起爆。每个孔堵塞完毕后，接线串联。发爆器闪灯 20S 后即可启动机器。
刻槽气胀技术运用注意事项
1、成品保存:密封保存。禁止与汽油等易燃物质混放。
2、装药检测：用发爆器的导通功能检测，闪红灯代表线路是通的。或者用万用表，带‘啸叫声’的，听到声音说明线路是导通的。
3、虽然是无声气胀，由于堵塞是人为决定的，可能会出现冲孔现象，无论什么情况，必须保证在安全距离处起爆。爆破时，务必要设置警戒线，距离不小于 20 米，找好安全位置，安全启动发爆器。
4、堵塞注意。一般 2 人分组进行刻槽堵塞作业，堵塞时头部不要对准炮眼，应该水平偏离炮孔 40cm 以上。
六、刻槽孔技术经济效果
1.成才率提高、孔距加大、钻孔减少、产量提高。
2.切割面平整度高于圆孔开采法。
3.效率提高，减轻了劳动强度。同样的时间内，刻槽气胀效率远大于圆孔开采法。
4.安全。操作时不会产生飞石现象，噪音非常小。挖机、铲车等重型机械不用撤离现场。
5.成本降低。气体膨胀剂成本很低，1kg 的气体膨胀剂不超过3元。
7 、矿山技术改造建议
1.我国矿山现在钻孔普遍用气动式凿岩机，大理石钻孔 1m 深度约耗时 12 分钟。有条件的矿山配合挖机型液压凿岩机,大理石钻孔速度约为：1m/min，国内这液压钻孔技术也比较先进，设备很好购买，将液压凿岩机安装在挖机上，通过挖机液压系统作业，这将会大大提高企业的生产效益。
2.钻孔速度。没有足够资金支撑条件的矿山，一定要选对空压机和凿岩机的型号。矿山凿岩速度是非常关键的。YT24、YT28 气动凿岩机唯一不足就是重量太沉，但是笔者建议，形成良好的开采作业平台面后，尽量选用大型号的凿岩机，凿岩速度至少是 YO18 型号的 2 倍，这两款凿岩机工人之间互相辅助作业操作起来也不费力。台钻等大型钻孔设备笔者不过多详述。
3.钻孔垂直度。气动凿岩机钻孔直径一般在 38-42mm，深度 5 米以内。如果垂直度达不到，孔内出现了弯曲，钻到 3-4 米时容易卡钎，这样的事要应该避免。B22 的六方中空螺杆是矿山常用的钻杆，经过改装可以达到钻垂直孔的目的。焊接工艺很重要，因为改装过的钻杆，应力集中现象存在，如果焊接工艺不好，容易断杆。焊接工艺文中不好详述，作者简单的画下示意图给作为参考。在钻杆的杆平面上，隔一定的位置焊上长 80mm ，厚 8mm ，宽 8mm 的凸条（见下图）。钻杆高速旋转的过程中，圆形轨迹略小于钻孔直径，此时凸条就起到定位的作用, 确保了钻深孔的平直度。
4.工人刻槽技术培训。刻槽气胀法作业技术要求高，必须对工人进行统一培训，实际进行操作后方可进行矿山开采。
5.堵塞技术培训。刻槽气胀技术堵塞作业非常重要，良好的堵塞+刻槽孔才能把岩石胀裂。圆孔堵塞是没有任何作用的，因为气胀剂没有那么大的威力。没有刻槽孔的存在，线在高频率冲击下，泥土与岩石壁摩擦力作用下会拉断连接线，这其实是难于控制的。所以刻槽气胀法，是一门技术要求高的开采方法。但是通过系统培训，工人即可轻松掌握该开采方法。
6.开采面的布置。矿山产量由开采面形成台阶而决定，再具备技术条件的前提下，尽早的把阶梯形工作面创造出来这是非常关键的。
刻槽气胀如今已经非常成熟，配合机械辅助开采，一定会给企业提高经济效益的。矿山开采前期投资很重要，水电路三通是很关键的，大多数矿山水电安装也是一笔非常高的投资。刻槽气胀法至少在水电上是不需要的。到此，笔者介绍这项技术完毕，更多内容文章没有完全表述，不足之处请读者朋友们指正。但愿我的文章能给读者朋友们带来益处。(原创文章，请支持。若随意抄袭将追究责任)
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