全机械化开采硬质石材矿山已有近30年的历史，其目的是在不破坏环境、安全生产、对矿体资源实现最大利用率等前提下，开采质量合格的荒料。开采工艺方法的选择与石材种类、矿体类型、开采设备作业特性等因素有关。

　　硬质石材矿山的开采特点

　　商品名称为花岗石的硬质石材通常指花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长岩、辉绿岩、辉长岩、橄榄岩、玄武岩、片麻岩等岩性的石材。与软质石材相比，硬质石材主要具有坚硬难于锯切的特性，但多数硬质石材又具有劈裂性好的特点。根据硬质石材的基本特性衍生出了目前各种机械化开采硬质石材的工艺方法和设备。

　　开采硬质石材的传统开采方法是火焰切割机开掘、排孔凿岩结合人工劈裂或控制爆破劈裂开采的工艺方法。目前，火焰切割机开采方法已很少使用，大量使用的方法有两种：其一，金刚石串珠锯与排孔凿岩结合人工劈裂或控制爆破劈裂高台阶开采方法；其二，圆盘锯与串珠锯或人工劈裂方法组合的全锯切或锯切劈裂低台阶开采方法。后者是近年在国内花岗石矿山得到广泛使用的机械化硬质石材开采方法。

　　硬质石材开采设备和方法适用矿体各有不同。串珠锯结合钻孔劈裂方法可用于各类硬质石材矿体的高台阶开采，更适合用于劈裂性差、裂隙比较发育的硬质石材矿山开采，圆盘锯适合用于花色均匀、无方向性、裂隙不发育、整体性好的硬质石材矿山的低台阶开采。

　　硬质石材开采工艺流程

　　硬质石材开采工艺流程分成高台阶和低台阶两种开采方式。其中，山坡露天硬质石材矿山高台阶开采过程中，开掘开拓堑沟的采准工程是在采面上形成具有两个自由面的开采台阶，然后在其上开掘开拓堑沟形成三个自由面的开采台阶并进行荒料开采；凹陷露天硬质石材矿山高台阶开采工艺流程，是在山坡露天开采流程的开拓堑沟开掘工序前面增加了三道工序，初始堑沟开掘的采准工程是在具有一个自由面的采面上，向下开掘初始堑沟，形成两个自由面的凹陷式开采台阶，初始堑沟扩展是在初始堑沟底水平面方向扩展初始堑沟、在扩大的凹陷采面内进行后续的开拓堑沟开掘和荒料开采。

　　与高台阶开采相比，低台阶开采无需开掘开拓堑沟而形成三个自由面开采台阶，圆盘锯可直接在采准工程结束时形成的两个自由面开采台阶上直接开采作业，另外低台阶开采取消了长条块石翻倒工序，增加了将荒料直接移离矿体的离台工序，其余工序两者基本相同。

　　以串珠锯为主的

　　硬质石材开采方法

　　串珠锯在花岗石矿山的实际应用晚于其在大理石矿山的使用，其真正用于花岗石矿山工业化开采生产距今已有近30年。串珠锯以其他传统花岗石开采设备无法媲美的优势，迅速在世界各地花岗石矿山普及和推广，被称为是“花岗石矿山开采的一场革命”。

　　以串珠锯为主机、结合钻孔劈裂的开采方法，适合高台阶开采劈裂性好的硬质石材。开采劈裂性较差的硬质石材时，应适当增加串珠锯切割面数量，减小排孔间距，提高排孔钻凿面的平面精度，以达到提高开采荒料率的目的。

　　串珠锯与凿岩机组合，结合劈裂法开采，已经成为目前使用最多的硬质石材开采方法。钻凿排孔的凿岩机有手持式、台架式、车载式等多种结构形式，劈裂方式有人工劈裂、机械或液压劈裂、静态膨胀剂劈裂和控制爆破劈裂等多种方法。

　　在串珠锯与排孔凿岩、控制爆破方法组合的高台阶开采工艺系统中，串珠锯用于开掘开拓堑沟和初始堑沟等开拓作业。在具有三个自由面的开采台阶上，串珠锯完成长条块石与矿体连接面的锯切分离。根据发展年代不同，与之配套的凿岩机分成手持式、台架式和车载式等不同机型。根据串珠锯切割分离长条块石与矿体连接面数量的不同，可分成对长条块石单面、双面或三面三种锯切分离工艺方案。三种方案的选择取决于矿体裂隙发育情况，纹路的走向，长条块石的尺寸和体积，切割面的大小等因素。

　　串珠锯与台架式或车载式凿岩机组合，钻凿排孔结合劈裂的高台阶开采方法是国外使用最为广泛的硬质石材开采方法，可完成的工序如下：

　　首先，可完成山坡露天硬质石材矿山从矿体分离长条块石作业。在有三个自由面的山坡露天硬质石材矿山，串珠锯和凿岩机负责切割或钻凿排孔分离长条块石。

　　其次，可进行开拓堑沟的开掘。在山坡露天硬质石材矿山只有两个自由面开采台阶上，可使用串珠锯、台架式凿岩机和双面控制爆破或静态膨胀剂方法开掘开拓堑沟。

　　再次，可进行凹陷露天硬质石材矿山初始堑沟的开掘。在只有一个自由面的凹陷露天硬质石材矿山，使用进给立柱配合串珠锯取“键石”方法，可开掘矩形初始堑沟，也可采用楔形堑沟取石方法形成楔形初始堑沟。

　　最后，可用于长条块石的分解等工序。翻倒后的长条块石全部由台架式凿岩机钻凿排孔，控制爆破或液压劈裂分解和整形荒料，也可用静态膨胀剂或人工劈裂方法完成长条块石的分解和荒料整形。串珠锯配套车载式气动凿岩机或车载液压凿岩机及液压劈裂机是机械化程度、开采效率最高的硬质石开采工艺方法。

　　与圆盘锯机有关的

　　硬质石材开采方法

　　圆盘锯是具有国内知识产权、自主研发的高效、低成本的低台阶开采硬质石材锯切设备。目前国内使用较多、机械化程度高的开采方法主要有全锯切法和全机械法，前者使用圆盘锯、串珠锯开采，能够高效、低成本开采较高价值、少裂隙硬质石材，可用于劈裂性差的花岗石开采；后者使用圆盘锯、串珠锯、液压凿岩机、多头车载液压劈裂机组合，因增加凿岩劈裂开采工序，使得开采成本更低且灵活高效。

　　不论与哪种开采设备组合，以圆盘锯为主机开采硬质石材的方法，只适用于花色均匀、裂隙不发育的硬质石材的低台阶开采。但不适合开采色差和花纹变化大、对花色一致性要求高、裂隙发育的硬质石材。

　　全锯法开采硬质石材时，圆盘锯用于切割分离矿体梳妆长条块石垂直面，串珠锯用于锯切分离长条块石的水平底面，人工操作凿岩机钻孔劈裂将长条块石分解成荒料。

　　目前的圆盘锯可安装直径达到4.6m的双锯片，将垂直切深作为荒料主切面时，可直接开采高度1.8m以上的加工石材大板荒料。串珠锯切割长条块石底面时，可将切面平整度控制在10cm之内，弥补了人工劈裂时产生30cm不平整表面的缺憾。

　　全机械开采方法是目前机械化程度较高的低台阶开采硬质石材的方法。其主要工艺流程仍然采用圆盘锯和串珠锯分别完成长条块石与矿体垂直和水平连接面锯切分离；在分解长条块石成为荒料时，采用单头或多头车载式液压凿岩机钻凿排孔、车载式最多可装40个液压劈裂头的多头液压劈裂机劈裂分解方法。

　　总而言之，只有根据石材的种类、矿山类型和矿体特点等因素确定合理的开采工艺方案，选择合适的开采设备；按照石材矿山的设计要求、正确实施开采方法、安全使用好开采设备，才能建成和建好石材矿山。

　　（作者系高级工程师，中国石材协会矿山石材资源专业委员会、机械与工具专业委员会专家组成员）

　　本文原载于《中国建材报》9月26日10版

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