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一、現(xiàn)今的花崗巖礦山開采

自古以來,我們的祖先用火燒冷激的辦法來開山、修路,象四川的棧道,穿越秦嶺的遂道,及古墓的挖掘。隨著社會的發(fā)展、進(jìn)步,鐵器時代和火藥的發(fā)明之后,人們就采用在巖石上鑿孔,然后在洞內(nèi)放置炸藥,引爆后把基巖炸開。之后,用各種方法利用已炸開的石頭。十九世紀(jì)西方工業(yè)化革命的浪潮席卷全球,以意大利、西班牙為首的石材加工機(jī)械及礦山開采機(jī)械相繼問世,影響巨大。而我國從清朝至民國,長期的閉開自守和戰(zhàn)亂,也無暇顧及礦山。直到解放后的六十年代才開始從意大利引進(jìn)成套的加工設(shè)備來加工合格的板材。但礦山的開采由于開采設(shè)備的價格高,自動化程度高,工人操作技術(shù)要求高,而國內(nèi)一直沒有引進(jìn)。有極個別的單位引進(jìn)了單機(jī)也發(fā)揮不了效益,往往變成了廢鐵一堆。所以礦山開采這方面還相當(dāng)落后,大多數(shù)還是人們的螞蟻啃骨頭的方法、爆破的方法來開山采石。礦山工人勞動強(qiáng)度大,生產(chǎn)不安全,開采操作無序,亂挖亂炸,不可再生的寶貴資源浪費(fèi)很大。

在花崗巖開采的歷史上,也留下了我國工人們的創(chuàng)造性勞動:如清朝末期的漢口海關(guān)大樓,全部是湖南丁字灣的麻石建成,現(xiàn)今還屹立在長江之北。又如解放 后的1959年的北京十大建筑之一的人民英雄紀(jì)念碑,它是山東青島的師傅們在王家妹島上取出的一塊重約200噸的整麻石加工而成。這些成就將永垂青史。
二、應(yīng)力集中爆破法

國外的文獻(xiàn)資料(瑞典)幾十年前就有報告,應(yīng)力集中方法就象在布店里買一段布,先在一端剪一個口子,兩手一撕,布就開了,這就是應(yīng)力集中的原理。在我國由湖北工業(yè)設(shè)計院的爆破高級工程師申請了發(fā)明專利(14022號,在巖石孔內(nèi)刻槽工具)。具體操作是用鑿巖機(jī)在基巖上鑿出φ40的若干個深孔,在每一個孔內(nèi)均勻地用機(jī)械方法刻出一對槽子,如圖     ,槽子是有方向性的,在孔內(nèi)填滿火焰引爆劑,孔口由粘結(jié)性很好的黃泥壓緊、壓實(shí)。電訊號點(diǎn)火后,在孔壁內(nèi)沿槽子的方向產(chǎn)生應(yīng)力集中的高壓汽體將基巖擠開?，F(xiàn)在能做到一面切割和雙面切割基巖,分開的大石頭再用人工劈裂的方法打成荒料,運(yùn)到加工廠后切割成毛坯板材。然后進(jìn)行后續(xù)的拋磨、切邊及火焰拉毛等工序。

此法,礦山的投入很少,但效果很好,它的秘密就在于汽體膨脹劑的配方和封口的材料。如果能獲得投資的支持,進(jìn)一步的解決存在的技術(shù)方面的一些小問題,它將是在基巖上切割荒料的首選方法。
三、膨脹水泥(又稱靜態(tài)膨脹劑)法

到70年代后期,用化學(xué)配方的辦法,將幾種粉劑用水調(diào)和后灌注在φ40的已鑿好的巖石孔內(nèi)。約12小時后,化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生巨大的膨脹壓力將基巖推開。因?yàn)榇朔崴扑嗟恼{(diào)和程序,故稱為膨脹水泥法。

有些礦山由于長期的熱應(yīng)力等原因,在巖石上已形成了一層層不規(guī)則的裂隙、裂縫,近似于水平,俗稱“烏龜殼”。“殼”的厚度一般為一米至數(shù)米,從斷裂的剖面看得出。這對于使用膨脹水泥法來講,由于底層已經(jīng)自然地分開了,真是天賜良機(jī)。只需垂直于地面鑿巖打孔,向孔內(nèi)灌注膨脹劑,12小時后就可以裂開,然后再用人工劈裂的方法分割成荒料。

近年來,在使用膨脹水泥法方面有了改進(jìn)。以前是用水來調(diào)和膨脹劑,再用人工將其塞入孔內(nèi)。但就在塞入的這道工序上,難度很大:調(diào)稠了,塞不進(jìn)去,要用一根棒子搗;調(diào)稀了又極容易產(chǎn)生不少空氣洞,使膨脹壓力無法控制,尤其在水平孔內(nèi)灌注時,操作更困難。

現(xiàn)在研究出來了一種球狀的膨脹劑,帶一定量的水,一起灌入孔內(nèi),方便極了,效果也好。

四、底切爆破法
 底切爆破法,顧名思義,就是在基巖的某一處一定高度的底部,用專用的切機(jī)在水平面上切出一條縫,深0.7m左右,然后在基巖的上面垂直打孔,用爆破法斷開一個面,將這塊巖石與基巖分開。之后再分割成荒料。

礦山采石最難的是底部的分開,通常的辦法是水平鑿孔放抬炮,但因正上面的正壓力太大,側(cè)壓力的牽制,基巖分離十分困難,即使分離也得不到好的大石塊。為了解決這個主要矛盾,發(fā)明人研制出了有水平軌道的底切機(jī)。該機(jī)用φ0.8m的金剛石圓鋸片,分兩次進(jìn)刀,能切出深0.7m左右的水平槽,切縫寬6mm,槽的長度依山體而定,底部的一個面便切割開來,只需單面爆破(如可用膨脹劑法,應(yīng)力集中法,通常鑿孔爆破法),就可以取得一長條從基巖上分離出來的大石塊。再用人工劈裂的方法分割成荒料。底切法的最大好處是它會制造出一個大的平面(機(jī)器水平切割出來的),這個平面首先能安裝水平導(dǎo)軌,繼續(xù)向縱深切割巖石,并使平面延伸;其次,人在平面上工作和搬移物體方便容易;再者能為往下1.3m的又一個平面創(chuàng)造了有利條件。
五、意大利的礦山采石用的主要設(shè)備簡介
(一)、0—180度單頭自動鑿巖機(jī)

該機(jī)為履帶自行式,名孔角度任意調(diào)節(jié)設(shè)定深度,自動進(jìn)刀,故障報警和自動停機(jī)。一人操作,鉆孔直徑最大達(dá)100mm,該機(jī)生產(chǎn)效力高,自動化程度高,移動易,定位準(zhǔn),但是成本高。

(二)、針對大理石礦山用的“金剛石串珠鋸”

 該機(jī)的主要結(jié)構(gòu)為一個個中間有孔的等徑圓球,球表面鍍一層金剛石,用特制的鋼絲繩將其等距離地串成一條長長的線。如果要水平斷開基巖,就在同一水平面上從表到里鑿相互垂直相通的二個水平孔,將金剛石串珠繩穿過已鑿出來的二孔,機(jī)械收緊串珠鋼絲繩,然后,開始水平切割大理石,一直到二個垂直孔間的基巖切開。同樣的辦法,又打一直垂直孔,與上述互相垂直的一個水平孔的交點(diǎn)打通,這樣就能鋸開基巖的兩個側(cè)面。故而切出一個大石塊,尺寸為8×8×8m3,再用膨脹水泥法或其他爆破法將其分割成荒料。

    (三)、開采花崗巖荒料都比較困難,基巖經(jīng)過數(shù)萬年的風(fēng)化,表層裂隙、裂縫不少

    開始都是利用自然生成的裂隙,裂縫用人工劈裂的方法來生產(chǎn)荒料。之后,基巖無裂縫可利用了,就使用火焰切割器來分離基巖,即用噴射的火焰,瞬間燃燒局部巖石,使其爆裂。強(qiáng)烈的熱氣流將巖石顆粒吹出而形成一條寬10cm左右,深10m的長度不限的與地面垂直的深槽,也就是說,基巖用火焰切割器切出了一個斷面,然后用已知的辦法本分割出荒料。
六、在大理石、花崗巖的基巖上直接切割毛坯板材的方法
    該法是將大型圓盤鋸(鋸片φ>1.6m)直接安裝在基巖上,用專用的固定器件將機(jī)的兩個水平導(dǎo)軌安裝在基巖上,并且調(diào)好水平。稍后,首先在較小的水平面上直接切割深1.3m(分兩層切)、長2.5m(或更長)厚20～40mm的毛坯板材。一直到把這個水平面上的基巖切完。

    再延伸一組水平導(dǎo)軌,鋸機(jī)繼續(xù)往前切割。一直切割到基巖在這個平面上的石頭切完,形成一個寬2.5m,深1.3m,與山體同樣長度的一個凹槽。之后在這個長槽子的左右兩邊各裝一臺鋸機(jī),這兩臺鋸機(jī)與上述鋸機(jī)的不同點(diǎn)是左右的水平導(dǎo)軌不一般高,在凹槽內(nèi)的水平導(dǎo)軌要比在山由的另一個水平導(dǎo)軌高1.3m。這兩臺鋸機(jī)就朝左右的相對方向各鋸長2.5m的基巖。這樣就將凹槽擴(kuò)寬至2.5m×3=7.5m。如此辦法繼續(xù)向縱深處切和向左右切,就可以在山頂上形成一個開闊的水平面。如此往復(fù),便可切出(深1.3m的)第二個大平面……

    解決已鋸開的毛坯板材從基巖上斷開的辦法是:在大型圓盤鋸的上下立柱上安裝一臺自制的水平切機(jī)(也可以垂直切),這種切機(jī)一方面可斷開基巖,另一方面又可制造了大的水平面。它鋸下的毛坯板材的尺寸為2.5m×0.6m×0.02～0.04m。

七、花崗巖礦山的廢渣的綜合利用
    鋸切花崗巖時需大量的冷卻水,在水中也帶出來一定的花崗巖鋸沫(渣)。它們順?biāo)鞯降淄莸?、河溝?幾天之后就會沉積下來。日久天長就堵塞了水流經(jīng)的地方,形成一片淡白色沉積渣,寸草不生,堅硬如雪地上的冰,一鎬下去,只留下一個白點(diǎn)。造成嚴(yán)重的礦渣污染。凡是使用圓盤切機(jī)的地方,對此大為頭痛,不知用什么辦法處理。有些條件好的單位,就用水泥做二個約10m3的池子,一個池子放鋸機(jī)流出來的水,一個池子作沉淀池,兩池交互使用,在池內(nèi)沉淀下的沉渣人工取出來之后就作填路之后,也是費(fèi)工費(fèi)時不討好。

    現(xiàn)提出來一個從根本上解決上述問題的方法:

    用花崗巖沉渣制成建筑用免燒磚。礦山上的沉渣就是做磚的必須原材料——砂子。只不過是非常細(xì)的砂子。經(jīng)過測試計算,得知一臺大型切機(jī)(18小時/日)能產(chǎn)生0.89噸渣,計算公式如下:一臺切機(jī)每天切27m2毛板,金剛石鋸片厚度為10mm,切出的石板間距為11mm,則鋸成渣子的體積為:27×0.011=0.297m3,按比重計算得到一臺切機(jī)每天會產(chǎn)生0.89T渣,一個月26.7T,一年產(chǎn)生320T渣。小的機(jī)制空心磚尺寸為

0.011×0.011×0.024=0.0000029m3

    去除空心部為30%,則為0.000002m3

    磚的比重為2.5T/m3 0.000005T=5公斤/一塊

    而磚的配比成份:砂∶水泥+膨松劑等=5∶5

    所以一塊機(jī)制水泥磚需要用沉渣2.5公斤

    320T÷0.00025T=128萬塊磚。年產(chǎn)量。

    另外這礦渣還可以進(jìn)一步開發(fā)為鑄造用的分型砂和臘模鑄造的成型砂。
八、廢、舊花崗巖礦山的重生
    現(xiàn)今的花崗巖礦山的開采,大多數(shù)是從裸露的大石頭的臨空面上向斜上方打孔放炮,將基巖炸開。炸出來的大點(diǎn)的石頭就整理成荒料,運(yùn)到工廠去鋸成板材或其他材料,炸出來小點(diǎn)的就做房屋的基礎(chǔ)石、建材用石和鐵道上道渣石等等。更小一點(diǎn)的就與礦山的表土一起,就地填埋而成為礦山的工作平臺。隨著礦山的開采,工作平臺就會向著山里的縱深處延展推進(jìn)。而工作平臺就自然地隨之?dāng)U大和延伸。這個大的工作平臺實(shí)際上是由1、炸出來的碎石,2、剩下來的表土,3、礦山的基巖三部分組成。難以開采的龐大基巖被埋在工作平臺下,這是極大的資源浪費(fèi)。

    從理論上講,工作平臺下面無疑是基巖,因?yàn)榛◢弾r是由地下的巖漿巖流到地表面遇冷卻而凝固成巖石的。所以越往深處整體性越好。工作平臺下被埋的基巖是因?yàn)殚_采工藝不當(dāng)而被埋沒了。

    隨著科學(xué)發(fā)展觀廣泛深入人心,人們節(jié)約資源的思想意識日漸增強(qiáng),廢棄的、老的、舊的礦山該復(fù)活了。就是用專利發(fā)明的新技術(shù)開采礦山,專利號2006100182630。(參見機(jī)械化開采大理石、花崗巖系列資料之六)

    廢、舊礦山的復(fù)活第一步是確定基巖在工作平臺的什么地方及它的邊界,用挖掘機(jī)效率最高。第二步從基巖的一邊起,用機(jī)械切割的方法直接切割基巖(1.3m一層),直接生產(chǎn)毛坯板材。當(dāng)然第一層和第二層會由于原開采所用的工藝落后,破壞了巖體結(jié)構(gòu),必定造成一定的浪費(fèi),但以后往下開采會好的,而且會越往下開采越好。