国内石材开采方法综述

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露天采矿技术

２０１４＃－ｇ１期

国内石材开采方法综述

蒋跃飞，张正忠，王璞，郭大胜，宋志伟

（浙江省高能爆破工程有限公司。浙江杭州３１００１２）

摘要：由于国内巨大的建筑市场，建筑装饰石材需求非常旺盛，石材开采量也逐年猛增。然而国内石材开采方法良莠不齐，技术装备差别很大。少数矿山已经采用了先进的全机械化开采方式。而大部分小规模矿山仍然还在使用２０、３０ａ前的开采方法。文中通过查阅大量文献资料及实地考察，介绍了目前正在使用的各种石材开采方法，通过对其开采原理、使用设备、经济效率等方面的描述，总结了各方法的适用条件和优缺点，希望能为石材矿山企业选择最佳的开采方法提供参考。

关键词：石材开采方法；爆破法；静态膨胀剂法；机械切割法中图分类号：ＴＤ８７２

文献标识码：Ｂ

Ｓｕｍｍａｒｙｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃ

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文章编号：１６７１—９８１６（２０１４）０１—００１０—０５

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Ｉ引言２人工开采法

我国有世界上最大的建筑市场，国内石材消耗居世界首位【１】，近年来我国石材工业也乘势发展迅猛。据中国石材协会统计，２００９年我国石材进出口总额超过５０亿美元，２０１０年超过６０亿美元，２０１１年一举跃上７０亿美元的新高，再创中国石材贸易新纪录［２１。我国石材矿储量丰富，矿区遍布全国，但存在开采工艺落后，机械化程度低，荒料内伤严重，规格小，资源浪费大，矿山环境破坏严重等问题。究其原因是企业投资和生产规模小，其中小企业占９０％，中、大型企业仅占１０％ｔ１１。企业规模的差异导致开采方法多种多样。目前国内所采用的石材荒料开采方法主要有：人工法，静态膨胀剂法，钻孔爆破法，机械切割法以及将上述方法组合使用的综合开采法。

收稿日期：２０１３＿０８一１９

作者简介：蒋跃飞（１９８１一），工程师，昆明理工大学工程爆破硕士。从事爆破工程技术设计与施工。

１）人工打锲劈裂法。根据岩石节理走向，用人工和钢钎凿眼，然后在凿眼中放入钢锲，通过多个钢锲作用于一线，逐步将岩石从岩体中分离出来。这种方法只能开采具有较好节理面的小型荒料，而不能进行规模化生产，开采效率低下，结构面不规整。这是最原始的开采方法，目前只在小规模的个体开采者中使用，在规模较大矿山也常用此法进行大型荒料辅助解／ｉＮ［１］。

２）火焰切割法。火焰切割法是利用柴油做燃料，压缩空气助燃，在高压作用下喷嘴雾化柴油，形成高温火焰，由内层高压喷管中的空气高速喷出火焰于岩石上，利用高温高速火焰流，冲击熔化岩石形成裂缝。该方法盛行于２０世纪７０年代，非常适用于硅质类石材开采。但火焰切割法只能切割垂直方向的裂缝，不能用于水平切割裂缝，因此如果单独使用该方法必须要利用天然水平节理，否则无法独立开采石材。火焰机法噪音大、粉尘多、产量低、荒料不规整、有内伤，同时随着柴油价格的上涨，切割成本很高，目前中、大型

万方数据

重置固

３钻孔爆破开采法

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导爆索开采方法较广泛地用于硬质石材荒料生产，非常适用于劈裂性好、矿体完整的矿山。用导爆索进行控制爆破具有起爆同步性好、操作方便、安全可靠、成本低、效率高、使用设备简单等特点。但是对于裂隙发育的矿山，由于导爆索爆速高、猛度大，造成石材原有“内伤”加重，成料率明显下降，因此这种开采方法受到矿山岩石性质的影响较大，对于岩石整体性较好的矿山非常适用。

５）聚能爆破切割法［９１１０］。聚能爆破切割法是基于聚能效应的原理，即在炮孔内装入聚能爆破器材，其聚能穴均对准预定切割方向，当聚能爆破器材被引爆后，就会产生射流作用于炮孔壁上，岩石在高能、高速射流作用下被破坏并形成细微裂缝，微裂缝在爆生气体的膨胀作用下沿着射流方向加深拉裂。根据弹性力学理论可知，具有适当距离的相邻两个射流孔之间会产生应力集中，在爆轰产生的高温、高压、高速气体强有力的“气楔”作用下，两射孔连线方向的裂纹会不断延展，使岩体沿预定方向拉张开裂。爆轰产物从聚能穴方向优先卸载，应力作用急剧下降，减少了爆轰产物对孔壁其它部位的破坏，从而抑制了非预定方向裂纹的发展。当几个炮孔的聚能装药同时起爆，将在炮孔间产生叠加应力场，相邻裂缝得以贯通，形成光滑的定向控制爆破面，实现精确控制爆破。

矿山已基本淘汰，但在小作坊式矿点仍见有使用【３】。

１）黑火药开采法㈣。黑火药用于石材开采在我

国已有很长的历史。选用黑火药爆破法开采石材，钻孔数量极少，孔距宽，节省钻孔费用，而且药量消耗较少，爆破成本低，施工工序简单易操作。选用黑火药爆破时，仅只进行一个面的爆破，特别是当矿体有明显的层间分界线时，往往能够崩下成百立方米的荒料，但遇上矿体完整时仅靠几个有限的钻孔一般都无法保证崩下荒料的整体性。目前国内还没有单一用黑火药形成台阶式开采成功的例子，除非矿体本身是层状的结构。黑火药最可怕之处在于其敏感性能，稍有不慎便会造成人员伤亡和财产损失。目前各地有关部门颁布规定，严格控制黑火药生产、销售、运输、保管、使用等环节，甚至有的地方干脆禁止使用黑火药采矿，因此这种开采方法目前使用明显减少，但开采规模较小或开采技术落后地方仍在使用。

２）炸药爆破法。在矿体上钻孔后装入炸药，通过炸药爆炸做功将石材炸出大块，再利用人工开凿成立体荒料。由于炸药爆速高、爆炸威力大，对石材造成破坏大，一般炸药爆炸法开采荒料率约３０％左右，由于荒料中有裂纹存在，将其切割成板材时成材率不足５０％。炸药爆炸法是非常粗犷、野蛮的开采方法，资源浪费及其严重，因此人们试验研究了多种新的爆破技术对炸药爆破法进行多种改良。

３）光面爆破法。该方法是运用光面爆破的原理，在矿体上同一平面钻凿炮孔，并按一定的线装药密度或不耦合系数装人炸药，炸药同时起爆后能形成平整的剥离面。该法通过光面爆破来减小石材损伤，对于坚硬致密、完整性较好的石矿开采能够获得较好的效果。某些单位根据上述原理设计和生产了一些专门用于石材开采的爆破器材。例如由山东银光科技有限公司研制生产的爆裂管，可根据石材性质定制其型号和规格，专门用于石材矿山，已在全国范围内广泛运用，并取得了较好的经济效益川。

４）导爆索控制爆破法。导爆索控制爆破法是目前石材开采的常用方法，国内许多矿山都在使用这种开采方法。该方法通过人工钻孔凿岩，合理地选择孔径、孔距等爆破参数，孔内装入导爆索及少量炸药，通过选择导爆索的药量及炸药的不耦合系数，来控制爆破能量的大小，实现荒料从矿体上切割分离而不严重损伤石材１８］。万方数据

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地孔聚能射流导爆索

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图１多点聚能切割器作用示意图

为减少爆破作用对石材的破坏，同时能够有效的控制聚能爆破的效果，国内研究出适用于石材爆破切割的“多点聚能切割器”。它由外壳、塑性炸药（两端具有凹穴或带药型罩）、导爆索、起爆装置组成（如图１）。每一发装药装置形成双面聚能，并通过导爆索串联，根据岩石性质确定每米装药密度及每发装药量。多点聚能切割器是通过多个聚能药包在设定方向上的聚能作用，实现岩石定向断裂控制爆破

的。目前多点聚能爆破切割法在多地矿山进行了试

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验研究，试验表明具有石材损伤小，成材率高，定向国内石材矿山开采运用比较广的机械开采方法。

断裂控制效果好，断裂面完整等优点。但是多点聚能１）金刚石串珠绳锯开采法峥堋，见图２。金刚石串爆破切割法也存在明显的缺点，影响该法的推广和

珠绳锯开采石材，在意大利等发达国家已广泛使用，运用，主要表现为药包制作工艺比较复杂，现场施工

是当今世界上最主要的开采技术。该方法的工作原理条件复杂多变，施工操作人员要求技术水平高。这些是：金刚石串珠绳锯与台架式凿岩机组合，将串珠绳施工特点对人员和施工条件提出了更高的要求，因锯装入贯通的钻孔内，再利用由电机驱动的金刚石串此该方法只在试验阶段获得了很好的效果，至今没珠循环转动直接锯切石材，可实现垂直和水平等方向能大范围的推广和运用。任意角度的切割，同时向锯缝内注入水起到冷却金刚４静态膨胀剂破裂；去［１。埘

石串珠和排除锯切石粉的作用。金刚石串珠绳锯开采法切割出的荒料６个面平整、光滑，无需整形，省时静态膨胀剂主要是由氧化钙、无机化合物和复合间、省材料，锯切出的板材整齐、规矩，能最大限度的添加剂组成的粉状物质，作用原理是利用氧化钙加水利用矿产资源，提高石材矿山开采荒料率，保证荒料发生化学反应，氧化钙的晶体由立方晶系变成氢氧化开采质量。其锯缝仅为１－１ｅｍ，极大的提高切割效率钙的复三方偏三角面体，在自由膨胀的条件下，其体和产量；荒料规整、无内伤、出材率高；无噪音、无粉积可增大３～４倍。将膨胀剂按一定比例与水混合搅尘，自动化程度高，分离式操控，工人劳强度低、安全匀后灌人钻孔内，并对孔口堵塞，经过密闭反应后，就性高；切割出的石材荒料市场销售价格高等特点。

能产生很高的膨胀压力作用于孔壁，并沿着钻孔形成裂缝，从而使岩体裂开，达到开采荒料的目的。

膨胀剂的优点是：无冲击应力、无飞散物、无噪音污染、安全、环保；对无明显裂隙面的岩石沿特定方向破裂特别有效；可任意切割出各种规格的荒料。膨胀剂也有不足之处：对水的含量非常敏感，配制膨胀剂时必须严格按照要求倒入适量水，膨胀速度慢（一般需１—２ｄ时间膨胀完毕，劳动生产率低），对外界温度的敏感程度较高（冬季低温时，膨胀反应速度非常慢，夏季高温时，膨胀反应速度较快），炮孔孔图２金刚石串珠绳锯开采法

距小凿岩工作量较大，综合成本较高。

金刚石串珠绳锯开采法适用于所有类型石材矿目前我国在市场上销售的静态膨胀剂主要有

山，不论其硬度高低及裂隙发育程度，从大理石、石ＨＳＣＡ—Ｉ、ＨＳＣＡ—ＩＩ、ＨＳＣＡ—ＩＩＩ

３种型号，适用温度为

灰岩、砂岩到花岗石矿山都能适用。但从经济上讲是１０。３０℃，反应时间为８—４８ｈ不等，产生的膨胀压

否适用于石材开采主要看两个技术指标，即串珠绳力约为３０—６０ＭＰａ。早期参与研制和生产的静态膨

的生产能力和使用寿命。以大理岩开采为例，其工作胀剂厂家主要有北京宇翼特种水泥厂（原中国建材效率为８—２５ｍ：／ｈ，串珠绳的工作寿命为２５—５５

ｍＺ／ｍ；

院中间试验厂）、北京中岩特种工程材料公司（中国以花岗岩开采为例，其工作效率为１．５—１０ｍ２／ｈ，使建筑材料科学研究总院）和石家庄功能建材有限公用寿命为８。２０ｍＺ／ｈ，因此金刚石串珠绳锯开采法司等，目前生产静态膨胀剂的企业非常普遍。

目前主要运用于大理石等中硬及以下石材开采中。５机械开采法

对岩石硬度高的花岗岩矿山存在着串珠绳锯磨损大，开采效率低，综合成本高等问题。

机械开采法主要是指采用机械设备开采石材荒２）圆盘锯开采法【蝴（见图３）。圆盘锯切割机借

料的方法。目前用于石材荒料开采的设备较多：从人鉴了切割加工板材的原理，将金刚石刀具的高速旋工打锲裂劈开采原理演变而来的液压裂劈机ｎ习；从木转切割技术灵活的运用到野外石料开采上。该设备材切割臂式锯发展而来的石材开采链臂锯【州；从板需在矿体表面铺设轨道，并通过主电机带动金刚石材加工原理研制的金刚石圆盘锯切割法；还有从国外圆盘锯片高速旋转，利用变频调整切割速度，通过轨引进的金刚石串珠绳锯法。以下介绍两种技术先进且道牵引控制切割机自动给进。切割最大深度由圆盘

万方数据

臣葱固

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锯片的直径大小和升降杆的下降深度决定，通常使

用２．８ｍ直径的圆盘锯片切割深度为１．２５

ｍ，３

１）圆盘锯加人工裂劈法（见图４）。圆盘锯切割法具有开采效率高、石材损伤小、资源利用率高、切割面平整、综合成本低等明显的优点，但是无法进行底部水平面的切割。人工裂劈一直是石材开采中最常用的开采方法，具有设备和工艺简单、施工效率高等优点。因此将这两种方法结合使用在石材矿山开采中，能够充分发挥各自的技术优势，实现石材高效、经济的开采。

ｍ直

径的圆盘锯片切割深度为１．３５ｍ；切割宽度则由液压系统控制调节伸缩杆横向移动继而带动主轴箱调整落刀位置选择合适的切割荒料宽度。矿山荒料切石机对作业场地平整度要求较低，２ｍ范围内平面高低差在３０ｃｍ之内均能满足切割机平稳运行。

图４圆盘锯加人工裂劈开采法

图３圆盘锯开采法

浙江省桐庐的钟山乡拥有丰富的石材资源，被

称为“浙江第一石材之乡”，目前钟山乡石材矿山均采用圆盘锯机械切割加人工劈裂的方法开采。矿山

圆盘切割机适用于各种石材，不受石材性质、裂隙等条件的限制，切割速度快，操作简便，整台机械只需１—２个工人操作生产，切割出来的荒料平整，减少了二次加工废料，从而降低了开采成本，具有高效、低耗、安全、环保、节能、成材率高等优点。采用这种方法开采，较传统方法开采花岗岩石材荒料成品率高（荒料率可提高２０％一３０％）；生产效率明显提高，日产量约为７５ｍ，左右；而且二次加工板材出材率提高５％以上；在规模相同情况下，荒料率与资源利用率明显提高，较传统方法开采荒料人均单产提高１倍以上。但是圆盘锯只能进行垂直方向切割，因此这种方法必须和其它水平向切割方法联合使用。６综合开采法

综上所述，目前可以使用的石材荒料开采的方法非常多，但是都有各自的局限性，单一的使用一种

开采方法往往无法从技术和经济两方面满足矿山开

按规划分区域分台阶开采，每个工作面各自进行机械切割、人工劈裂、机械装运等工序。切割设备采用圆盘锯，切割深度为１．１ｍ，切割厚度为１．５ｍ，每个台阶切割长度为５０—８０ｍ；人孔打锲劈裂分离底面，常采用装运荒料的叉车进行辅助劈裂分离；成品荒料尺寸为１．１

ｍ×１．５ｍ×３

ｍ，由叉车装运到汽车

上，直接拉到加工厂进行板材加工，一台圆盘锯的最

大生产量为１６０ｍ３／ｄ。圆盘锯切割加人工裂劈法生

产效率高、成本低、非常适应大规模的矿山开采。

２）圆盘锯切割加导爆索爆破法（见图５）。人工裂劈法对于开采厚度较小的花岗岩荒料具有工作效率高、成本低、投入少的优点，但是如果要开采尺寸较大的荒料就会造成人工裂劈的工作效率明显下降，同时裂劈面的平整度较差，矿石资源浪费严重。间接地造成开采成本高。为了克服人工裂劈的明显缺陷，能够开采出较大尺寸的石材岩荒料，将圆盘锯垂面切割和导爆索水平面爆破开采法相结合，形成圆盘锯切割加导爆索爆破法，运用于大尺寸荒料的开采中，并取得了非常好的开采效果。

山东日照市五莲县境内花岗石资源丰富，储量达５０亿ｍ３，该县的街头镇被评为中国花岗石之乡。五莲县目前花岗岩矿山采用圆盘锯切割加导爆索爆破开采法：先采用圆盘锯垂直向切割，切割深度为

１．１

采的需要，因此将上述多种开采方法进行组合运用，扬长避短，发挥各自的技术或经济优势，选择不同的方法组合开采就能够满足矿山开采的需要。如开采规模较小的矿山，由于投资不足无法使用机械开采法，较多的就会选择人工打锲劈裂法，火焰切割法和钻孔爆破法相互组合使用。但在规模较大，台阶式开采的矿山，常常会采用全机械开采或机械开采法为主，控制爆破等开采法为辅的方法。下面介绍两种工艺成熟，经济合理的组合开采方法。

ｍ，切割长度为５０～８０ｍ（视矿山的工作面而

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图５圆盘锯加导爆索爆破开采法效果图

业，１９９３，（６）：１６—２０．

定），切割的厚度为３ｍ（较钟山乡１．５ｍ的矿山厚度大）；机械切割完成后，采用水平卧式凿岩机在底面钻孔，孔距为Ｏ．５ｍ，孔深为３ｍ，整个工作面的钻孔全部完成后，在孔内装入导爆索一次起爆，通过爆破的方式将大块荒料和矿体分离，再通过人工打锲裂劈的方式将大块解小成尺寸为１．１

ｍ×３ｍ×２

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ｍ的成品料，

解小后的荒料通过叉车装至汽车并运输到加工厂。采用圆盘锯加导爆索开采法采出的花岗岩荒料块度大，底面较平整，一般起伏在１０ｃｍ之内，石材损失较少，具有生产效率高、荒料块度大，成本较低的特点。

随着我国技术装备水平的不断提高，各种机械切割设备运用于石材矿山，使石材开采效率、资源利用率不断提高，今后以机械为主的开采方式必将会得到广泛的推广和运用。目前圆盘锯竖向切割和金刚石串珠绳锯水平切割联合开采已经在部分矿山投入使用，并取得了很好的经济效益闭。参考文献；

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（上接第９页）

运输系统都随之有了调整。目前本矿根据现场平盘的标高，和端帮道路不断延深的条件，在矿顶板与南帮矿底板修了联络道路，使矿顶板平盘南部不必再绕行中央桥去土场而由南帮直接去内排土场，这样既能节省运距也能加快ＥＸｌ３００土场的跟进，从而确保上部排土平盘的跟进。

３结论

原Ｘ１３３０的物料需要往南部排弃，而提运中心搬家后如何实现快速排弃ＥＸｌ３００成为当务之急。安太堡矿利用无煤区和陷落柱合理的设计了土场搭桥使更多电铲的物料可以去Ｘ１３００土场排弃，从而确保上部排土平盘的跟进。在端帮修筑了临时的联络道在端帮实施纵向排土双环排弃ＥＸｌ３００。这些方案的实施加快了内排土场的排弃进度，避免了大量物料加高加远排弃，有效的降低了成本。

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国内石材开采方法综述

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

蒋跃飞， 张正忠， 王璞， 郭大胜， 宋志伟， JIANG Yuen-fei， ZHANG Zheng-zhong， WANG Pu，GUO Da-sheng， SONG Zhi-wei

浙江省高能爆破工程有限公司,浙江杭州,310012露天采矿技术

Opencast Mining Technology2014(1)

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18. Giulio Milazzo;廖原时 金刚石串珠锯在国外花岗石矿山的最新开采工艺方法 200919. 林天华 新型矿山荒料切石机 2004(09)

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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_ltcmjs201401004.aspx

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露天采矿技术

２０１４＃－ｇ１期

国内石材开采方法综述

蒋跃飞，张正忠，王璞，郭大胜，宋志伟

（浙江省高能爆破工程有限公司。浙江杭州３１００１２）

摘要：由于国内巨大的建筑市场，建筑装饰石材需求非常旺盛，石材开采量也逐年猛增。然而国内石材开采方法良莠不齐，技术装备差别很大。少数矿山已经采用了先进的全机械化开采方式。而大部分小规模矿山仍然还在使用２０、３０ａ前的开采方法。文中通过查阅大量文献资料及实地考察，介绍了目前正在使用的各种石材开采方法，通过对其开采原理、使用设备、经济效率等方面的描述，总结了各方法的适用条件和优缺点，希望能为石材矿山企业选择最佳的开采方法提供参考。

关键词：石材开采方法；爆破法；静态膨胀剂法；机械切割法中图分类号：ＴＤ８７２

文献标识码：Ｂ

Ｓｕｍｍａｒｙｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃ

ｓｔｏｎｅ

文章编号：１６７１—９８１６（２０１４）０１—００１０—０５

ｍｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄ

ⅡＡＮＧＹｕｅｎ－ｆｏｉ，ＺＨＡＮＧＺｈｅｎｇ－ｚｈｏｎｇ，ＷＡＮＧＰｕ，ＧＵＯＤａ－ｓｈｅｎｇ，ＳＯＮＧＺｈｉ－ｗｅｉ

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Ｐｒｏｖｉｎｃｅ

ＧａｏｎｅｎｇｅｘｐｌｏｓｉｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ，Ｈａｎ乎ｈｏｕ３１００１２，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅｔｏｔｈｅｈｕｇｅｄｏｍｅｓｔｉｃｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍａｒｋｅｔ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｉｓｖｅｒｙｓｔｒｏｎｇｄｅｍａｎｄｆｏｒｄｅｃｏｒａｔｉｖｅｂｕｉｌｄｉｎｇｓｔｏｎｅ，ｓｔｏｎｅｍｉｎｉｎｇｑｕａｎｔｉｔｙａｌｓｏｉｎｃｒｅａｓｅｄｙｅａｒｂｙｙｅａｒ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｄｏｍｅｓｔｉｃｓｔｏｎｅｍｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗａｙｓ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｈａｖｅ

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ｃｕｔｔｉｎｇ

Ｉ引言２人工开采法

我国有世界上最大的建筑市场，国内石材消耗居世界首位【１】，近年来我国石材工业也乘势发展迅猛。据中国石材协会统计，２００９年我国石材进出口总额超过５０亿美元，２０１０年超过６０亿美元，２０１１年一举跃上７０亿美元的新高，再创中国石材贸易新纪录［２１。我国石材矿储量丰富，矿区遍布全国，但存在开采工艺落后，机械化程度低，荒料内伤严重，规格小，资源浪费大，矿山环境破坏严重等问题。究其原因是企业投资和生产规模小，其中小企业占９０％，中、大型企业仅占１０％ｔ１１。企业规模的差异导致开采方法多种多样。目前国内所采用的石材荒料开采方法主要有：人工法，静态膨胀剂法，钻孔爆破法，机械切割法以及将上述方法组合使用的综合开采法。

收稿日期：２０１３＿０８一１９

作者简介：蒋跃飞（１９８１一），工程师，昆明理工大学工程爆破硕士。从事爆破工程技术设计与施工。

１）人工打锲劈裂法。根据岩石节理走向，用人工和钢钎凿眼，然后在凿眼中放入钢锲，通过多个钢锲作用于一线，逐步将岩石从岩体中分离出来。这种方法只能开采具有较好节理面的小型荒料，而不能进行规模化生产，开采效率低下，结构面不规整。这是最原始的开采方法，目前只在小规模的个体开采者中使用，在规模较大矿山也常用此法进行大型荒料辅助解／ｉＮ［１］。

２）火焰切割法。火焰切割法是利用柴油做燃料，压缩空气助燃，在高压作用下喷嘴雾化柴油，形成高温火焰，由内层高压喷管中的空气高速喷出火焰于岩石上，利用高温高速火焰流，冲击熔化岩石形成裂缝。该方法盛行于２０世纪７０年代，非常适用于硅质类石材开采。但火焰切割法只能切割垂直方向的裂缝，不能用于水平切割裂缝，因此如果单独使用该方法必须要利用天然水平节理，否则无法独立开采石材。火焰机法噪音大、粉尘多、产量低、荒料不规整、有内伤，同时随着柴油价格的上涨，切割成本很高，目前中、大型

万方数据

重置固

３钻孔爆破开采法

露天采矿技术

２０１４年第ｌ期

导爆索开采方法较广泛地用于硬质石材荒料生产，非常适用于劈裂性好、矿体完整的矿山。用导爆索进行控制爆破具有起爆同步性好、操作方便、安全可靠、成本低、效率高、使用设备简单等特点。但是对于裂隙发育的矿山，由于导爆索爆速高、猛度大，造成石材原有“内伤”加重，成料率明显下降，因此这种开采方法受到矿山岩石性质的影响较大，对于岩石整体性较好的矿山非常适用。

５）聚能爆破切割法［９１１０］。聚能爆破切割法是基于聚能效应的原理，即在炮孔内装入聚能爆破器材，其聚能穴均对准预定切割方向，当聚能爆破器材被引爆后，就会产生射流作用于炮孔壁上，岩石在高能、高速射流作用下被破坏并形成细微裂缝，微裂缝在爆生气体的膨胀作用下沿着射流方向加深拉裂。根据弹性力学理论可知，具有适当距离的相邻两个射流孔之间会产生应力集中，在爆轰产生的高温、高压、高速气体强有力的“气楔”作用下，两射孔连线方向的裂纹会不断延展，使岩体沿预定方向拉张开裂。爆轰产物从聚能穴方向优先卸载，应力作用急剧下降，减少了爆轰产物对孔壁其它部位的破坏，从而抑制了非预定方向裂纹的发展。当几个炮孔的聚能装药同时起爆，将在炮孔间产生叠加应力场，相邻裂缝得以贯通，形成光滑的定向控制爆破面，实现精确控制爆破。

矿山已基本淘汰，但在小作坊式矿点仍见有使用【３】。

１）黑火药开采法㈣。黑火药用于石材开采在我

国已有很长的历史。选用黑火药爆破法开采石材，钻孔数量极少，孔距宽，节省钻孔费用，而且药量消耗较少，爆破成本低，施工工序简单易操作。选用黑火药爆破时，仅只进行一个面的爆破，特别是当矿体有明显的层间分界线时，往往能够崩下成百立方米的荒料，但遇上矿体完整时仅靠几个有限的钻孔一般都无法保证崩下荒料的整体性。目前国内还没有单一用黑火药形成台阶式开采成功的例子，除非矿体本身是层状的结构。黑火药最可怕之处在于其敏感性能，稍有不慎便会造成人员伤亡和财产损失。目前各地有关部门颁布规定，严格控制黑火药生产、销售、运输、保管、使用等环节，甚至有的地方干脆禁止使用黑火药采矿，因此这种开采方法目前使用明显减少，但开采规模较小或开采技术落后地方仍在使用。

２）炸药爆破法。在矿体上钻孔后装入炸药，通过炸药爆炸做功将石材炸出大块，再利用人工开凿成立体荒料。由于炸药爆速高、爆炸威力大，对石材造成破坏大，一般炸药爆炸法开采荒料率约３０％左右，由于荒料中有裂纹存在，将其切割成板材时成材率不足５０％。炸药爆炸法是非常粗犷、野蛮的开采方法，资源浪费及其严重，因此人们试验研究了多种新的爆破技术对炸药爆破法进行多种改良。

３）光面爆破法。该方法是运用光面爆破的原理，在矿体上同一平面钻凿炮孔，并按一定的线装药密度或不耦合系数装人炸药，炸药同时起爆后能形成平整的剥离面。该法通过光面爆破来减小石材损伤，对于坚硬致密、完整性较好的石矿开采能够获得较好的效果。某些单位根据上述原理设计和生产了一些专门用于石材开采的爆破器材。例如由山东银光科技有限公司研制生产的爆裂管，可根据石材性质定制其型号和规格，专门用于石材矿山，已在全国范围内广泛运用，并取得了较好的经济效益川。

４）导爆索控制爆破法。导爆索控制爆破法是目前石材开采的常用方法，国内许多矿山都在使用这种开采方法。该方法通过人工钻孔凿岩，合理地选择孔径、孔距等爆破参数，孔内装入导爆索及少量炸药，通过选择导爆索的药量及炸药的不耦合系数，来控制爆破能量的大小，实现荒料从矿体上切割分离而不严重损伤石材１８］。万方数据

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地孔聚能射流导爆索

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图１多点聚能切割器作用示意图

为减少爆破作用对石材的破坏，同时能够有效的控制聚能爆破的效果，国内研究出适用于石材爆破切割的“多点聚能切割器”。它由外壳、塑性炸药（两端具有凹穴或带药型罩）、导爆索、起爆装置组成（如图１）。每一发装药装置形成双面聚能，并通过导爆索串联，根据岩石性质确定每米装药密度及每发装药量。多点聚能切割器是通过多个聚能药包在设定方向上的聚能作用，实现岩石定向断裂控制爆破

的。目前多点聚能爆破切割法在多地矿山进行了试

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露天采矿技术

２０１４年第１期

验研究，试验表明具有石材损伤小，成材率高，定向国内石材矿山开采运用比较广的机械开采方法。

断裂控制效果好，断裂面完整等优点。但是多点聚能１）金刚石串珠绳锯开采法峥堋，见图２。金刚石串爆破切割法也存在明显的缺点，影响该法的推广和

珠绳锯开采石材，在意大利等发达国家已广泛使用，运用，主要表现为药包制作工艺比较复杂，现场施工

是当今世界上最主要的开采技术。该方法的工作原理条件复杂多变，施工操作人员要求技术水平高。这些是：金刚石串珠绳锯与台架式凿岩机组合，将串珠绳施工特点对人员和施工条件提出了更高的要求，因锯装入贯通的钻孔内，再利用由电机驱动的金刚石串此该方法只在试验阶段获得了很好的效果，至今没珠循环转动直接锯切石材，可实现垂直和水平等方向能大范围的推广和运用。任意角度的切割，同时向锯缝内注入水起到冷却金刚４静态膨胀剂破裂；去［１。埘

石串珠和排除锯切石粉的作用。金刚石串珠绳锯开采法切割出的荒料６个面平整、光滑，无需整形，省时静态膨胀剂主要是由氧化钙、无机化合物和复合间、省材料，锯切出的板材整齐、规矩，能最大限度的添加剂组成的粉状物质，作用原理是利用氧化钙加水利用矿产资源，提高石材矿山开采荒料率，保证荒料发生化学反应，氧化钙的晶体由立方晶系变成氢氧化开采质量。其锯缝仅为１－１ｅｍ，极大的提高切割效率钙的复三方偏三角面体，在自由膨胀的条件下，其体和产量；荒料规整、无内伤、出材率高；无噪音、无粉积可增大３～４倍。将膨胀剂按一定比例与水混合搅尘，自动化程度高，分离式操控，工人劳强度低、安全匀后灌人钻孔内，并对孔口堵塞，经过密闭反应后，就性高；切割出的石材荒料市场销售价格高等特点。

能产生很高的膨胀压力作用于孔壁，并沿着钻孔形成裂缝，从而使岩体裂开，达到开采荒料的目的。

膨胀剂的优点是：无冲击应力、无飞散物、无噪音污染、安全、环保；对无明显裂隙面的岩石沿特定方向破裂特别有效；可任意切割出各种规格的荒料。膨胀剂也有不足之处：对水的含量非常敏感，配制膨胀剂时必须严格按照要求倒入适量水，膨胀速度慢（一般需１—２ｄ时间膨胀完毕，劳动生产率低），对外界温度的敏感程度较高（冬季低温时，膨胀反应速度非常慢，夏季高温时，膨胀反应速度较快），炮孔孔图２金刚石串珠绳锯开采法

距小凿岩工作量较大，综合成本较高。

金刚石串珠绳锯开采法适用于所有类型石材矿目前我国在市场上销售的静态膨胀剂主要有

山，不论其硬度高低及裂隙发育程度，从大理石、石ＨＳＣＡ—Ｉ、ＨＳＣＡ—ＩＩ、ＨＳＣＡ—ＩＩＩ

３种型号，适用温度为

灰岩、砂岩到花岗石矿山都能适用。但从经济上讲是１０。３０℃，反应时间为８—４８ｈ不等，产生的膨胀压

否适用于石材开采主要看两个技术指标，即串珠绳力约为３０—６０ＭＰａ。早期参与研制和生产的静态膨

的生产能力和使用寿命。以大理岩开采为例，其工作胀剂厂家主要有北京宇翼特种水泥厂（原中国建材效率为８—２５ｍ：／ｈ，串珠绳的工作寿命为２５—５５

ｍＺ／ｍ；

院中间试验厂）、北京中岩特种工程材料公司（中国以花岗岩开采为例，其工作效率为１．５—１０ｍ２／ｈ，使建筑材料科学研究总院）和石家庄功能建材有限公用寿命为８。２０ｍＺ／ｈ，因此金刚石串珠绳锯开采法司等，目前生产静态膨胀剂的企业非常普遍。

目前主要运用于大理石等中硬及以下石材开采中。５机械开采法

对岩石硬度高的花岗岩矿山存在着串珠绳锯磨损大，开采效率低，综合成本高等问题。

机械开采法主要是指采用机械设备开采石材荒２）圆盘锯开采法【蝴（见图３）。圆盘锯切割机借

料的方法。目前用于石材荒料开采的设备较多：从人鉴了切割加工板材的原理，将金刚石刀具的高速旋工打锲裂劈开采原理演变而来的液压裂劈机ｎ习；从木转切割技术灵活的运用到野外石料开采上。该设备材切割臂式锯发展而来的石材开采链臂锯【州；从板需在矿体表面铺设轨道，并通过主电机带动金刚石材加工原理研制的金刚石圆盘锯切割法；还有从国外圆盘锯片高速旋转，利用变频调整切割速度，通过轨引进的金刚石串珠绳锯法。以下介绍两种技术先进且道牵引控制切割机自动给进。切割最大深度由圆盘

万方数据

臣葱固

露天采矿技术

２０１４－ｅｆ－ｇ１期

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锯片的直径大小和升降杆的下降深度决定，通常使

用２．８ｍ直径的圆盘锯片切割深度为１．２５

ｍ，３

１）圆盘锯加人工裂劈法（见图４）。圆盘锯切割法具有开采效率高、石材损伤小、资源利用率高、切割面平整、综合成本低等明显的优点，但是无法进行底部水平面的切割。人工裂劈一直是石材开采中最常用的开采方法，具有设备和工艺简单、施工效率高等优点。因此将这两种方法结合使用在石材矿山开采中，能够充分发挥各自的技术优势，实现石材高效、经济的开采。

ｍ直

径的圆盘锯片切割深度为１．３５ｍ；切割宽度则由液压系统控制调节伸缩杆横向移动继而带动主轴箱调整落刀位置选择合适的切割荒料宽度。矿山荒料切石机对作业场地平整度要求较低，２ｍ范围内平面高低差在３０ｃｍ之内均能满足切割机平稳运行。

图４圆盘锯加人工裂劈开采法

图３圆盘锯开采法

浙江省桐庐的钟山乡拥有丰富的石材资源，被

称为“浙江第一石材之乡”，目前钟山乡石材矿山均采用圆盘锯机械切割加人工劈裂的方法开采。矿山

圆盘切割机适用于各种石材，不受石材性质、裂隙等条件的限制，切割速度快，操作简便，整台机械只需１—２个工人操作生产，切割出来的荒料平整，减少了二次加工废料，从而降低了开采成本，具有高效、低耗、安全、环保、节能、成材率高等优点。采用这种方法开采，较传统方法开采花岗岩石材荒料成品率高（荒料率可提高２０％一３０％）；生产效率明显提高，日产量约为７５ｍ，左右；而且二次加工板材出材率提高５％以上；在规模相同情况下，荒料率与资源利用率明显提高，较传统方法开采荒料人均单产提高１倍以上。但是圆盘锯只能进行垂直方向切割，因此这种方法必须和其它水平向切割方法联合使用。６综合开采法

综上所述，目前可以使用的石材荒料开采的方法非常多，但是都有各自的局限性，单一的使用一种

开采方法往往无法从技术和经济两方面满足矿山开

按规划分区域分台阶开采，每个工作面各自进行机械切割、人工劈裂、机械装运等工序。切割设备采用圆盘锯，切割深度为１．１ｍ，切割厚度为１．５ｍ，每个台阶切割长度为５０—８０ｍ；人孔打锲劈裂分离底面，常采用装运荒料的叉车进行辅助劈裂分离；成品荒料尺寸为１．１

ｍ×１．５ｍ×３

ｍ，由叉车装运到汽车

上，直接拉到加工厂进行板材加工，一台圆盘锯的最

大生产量为１６０ｍ３／ｄ。圆盘锯切割加人工裂劈法生

产效率高、成本低、非常适应大规模的矿山开采。

２）圆盘锯切割加导爆索爆破法（见图５）。人工裂劈法对于开采厚度较小的花岗岩荒料具有工作效率高、成本低、投入少的优点，但是如果要开采尺寸较大的荒料就会造成人工裂劈的工作效率明显下降，同时裂劈面的平整度较差，矿石资源浪费严重。间接地造成开采成本高。为了克服人工裂劈的明显缺陷，能够开采出较大尺寸的石材岩荒料，将圆盘锯垂面切割和导爆索水平面爆破开采法相结合，形成圆盘锯切割加导爆索爆破法，运用于大尺寸荒料的开采中，并取得了非常好的开采效果。

山东日照市五莲县境内花岗石资源丰富，储量达５０亿ｍ３，该县的街头镇被评为中国花岗石之乡。五莲县目前花岗岩矿山采用圆盘锯切割加导爆索爆破开采法：先采用圆盘锯垂直向切割，切割深度为

１．１

采的需要，因此将上述多种开采方法进行组合运用，扬长避短，发挥各自的技术或经济优势，选择不同的方法组合开采就能够满足矿山开采的需要。如开采规模较小的矿山，由于投资不足无法使用机械开采法，较多的就会选择人工打锲劈裂法，火焰切割法和钻孔爆破法相互组合使用。但在规模较大，台阶式开采的矿山，常常会采用全机械开采或机械开采法为主，控制爆破等开采法为辅的方法。下面介绍两种工艺成熟，经济合理的组合开采方法。

ｍ，切割长度为５０～８０ｍ（视矿山的工作面而

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露天采矿技术

２０１４年第１期

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［８］曾瑞林，袁蓟生．石材成型爆破开采方法简介［Ｊ］．中国矿

图５圆盘锯加导爆索爆破开采法效果图

业，１９９３，（６）：１６—２０．

定），切割的厚度为３ｍ（较钟山乡１．５ｍ的矿山厚度大）；机械切割完成后，采用水平卧式凿岩机在底面钻孔，孔距为Ｏ．５ｍ，孔深为３ｍ，整个工作面的钻孔全部完成后，在孔内装入导爆索一次起爆，通过爆破的方式将大块荒料和矿体分离，再通过人工打锲裂劈的方式将大块解小成尺寸为１．１

ｍ×３ｍ×２

［９］熊祖钊，钟冬望．线性聚能装药切割石材运用研究［Ｊ］．

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ｍ的成品料，

解小后的荒料通过叉车装至汽车并运输到加工厂。采用圆盘锯加导爆索开采法采出的花岗岩荒料块度大，底面较平整，一般起伏在１０ｃｍ之内，石材损失较少，具有生产效率高、荒料块度大，成本较低的特点。

随着我国技术装备水平的不断提高，各种机械切割设备运用于石材矿山，使石材开采效率、资源利用率不断提高，今后以机械为主的开采方式必将会得到广泛的推广和运用。目前圆盘锯竖向切割和金刚石串珠绳锯水平切割联合开采已经在部分矿山投入使用，并取得了很好的经济效益闭。参考文献；

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［３］林天华，石材矿山开采方法比较［Ｊ］．石材，２００４，（１１）：

２１—２２．

—＋—■叫＿＋—■—－■—・＋・＿．—・＿．——＋＿—■－．．—－■・－’——●＿＿．—・■・・■—＿＋－．．——．．＿—＋—＿．—－叶叫－＋—．．—－●——＋—＿．—・叶・・■—・＿．—・一．——＋＿—卜・——－■—－●——一．——＋・■——■—－０－・斗叫Ｈ＋—・＋・・—●一

（上接第９页）

运输系统都随之有了调整。目前本矿根据现场平盘的标高，和端帮道路不断延深的条件，在矿顶板与南帮矿底板修了联络道路，使矿顶板平盘南部不必再绕行中央桥去土场而由南帮直接去内排土场，这样既能节省运距也能加快ＥＸｌ３００土场的跟进，从而确保上部排土平盘的跟进。

３结论

原Ｘ１３３０的物料需要往南部排弃，而提运中心搬家后如何实现快速排弃ＥＸｌ３００成为当务之急。安太堡矿利用无煤区和陷落柱合理的设计了土场搭桥使更多电铲的物料可以去Ｘ１３００土场排弃，从而确保上部排土平盘的跟进。在端帮修筑了临时的联络道在端帮实施纵向排土双环排弃ＥＸｌ３００。这些方案的实施加快了内排土场的排弃进度，避免了大量物料加高加远排弃，有效的降低了成本。

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由于安太堡矿目前过芦子沟背斜，高差运距逐年增加，降本增效势在必行。目前由于北部内排土场下部排土平盘已濒临背斜轴再不能长远排弃，所以

国内石材开采方法综述

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

蒋跃飞， 张正忠， 王璞， 郭大胜， 宋志伟， JIANG Yuen-fei， ZHANG Zheng-zhong， WANG Pu，GUO Da-sheng， SONG Zhi-wei

浙江省高能爆破工程有限公司,浙江杭州,310012露天采矿技术

Opencast Mining Technology2014(1)

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