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1、圆盘锯与串珠锯组合开采石材方法陈礼干：福州天石源超硬材料工具有限公司廖原时：厦门新安德石业发展有限公司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。本文将分析介绍这种全锯切开采方法并讨论其适用性。1开采工艺方法圆盘锯开采方法最早出现于福建省的花岗石矿山，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（图1）,采用人工打楔劈裂分离石料的水平面（图2），是
2、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，也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（图3）；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，基本上克服了地面凹凸不平的问题（图4）。图1圆盘锯进行花岗石矿体垂直锯切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
3、,有时甚至超过一百米，两条锯缝之间所夹的面积可能达到200川以上。以往使用串珠锯开采时都采用高度612m的高台阶开采，水平底面的面积一般在60200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。#图2人工水平面凿孔劈裂石料水平面图3人工凿孔劈裂石料水平面的平整度图4串珠锯水平切割石料水平面的平整度#图5串珠锯与圆盘锯组合的花岗石矿开采图6串珠锯与圆盘锯组合的大理石矿开采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解决对孔难度问题。采用最大切深达到1.8m、直径4.2m的锯片，将分离体的深度方向（锯片切割深
4、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。2开采工艺流程图7显示的是在具有三个自由面的矿体上，采用这种锯切开采工艺的开采示意图；这种方法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
5、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一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
6、切割缝内插入专用钢楔支撑分离体的水平底面，防止水平底面的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。水平固定轮串珠锯图7圆盘锯与串珠锯组合开采花岗石锯切示意图2.1串珠绳切割面积的确定及串珠绳的牵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
7、寸的整倍数见图&长度可根据矿体表面尺寸确定，一般不受限制。纵向垂直锯缝LW图8圆盘锯网状垂直锯缝示意图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20x25m=500,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，如图7所示。使用圆盘锯切割时的锯缝宽度1518mm,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，交汇孔与垂直锯缝三者之间的关系见图9。实际施工中通常会采用直接锯切1、2
8、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大于90mm垂直钻孔垂直锯缝X图9垂直、水平交汇孔与垂直锯缝之间的贯通关系示意图完成垂直钻孔后，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
9、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。2.2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
10、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如图7所示，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35m（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
11、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，我们在锯切350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小凹凸面的产生。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。图10串珠锯切割单条分离体水平底面2.3圆盘锯分解锯切采用圆盘锯与串珠锯组合开
12、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10mx20m=200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12次安装圆盘锯还是合算的。如果荒料价值更高，辅助安装圆盘锯的成本可忽略许多，如图11。为了切透每块荒料的全部面，允许圆盘锯切入与分离体相邻的分离体或矿体中，如图12。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。图11圆盘锯分解锯切矿体横向垂直锯缝相邻矿体中的延长锯缝B
13、A纵向垂直锯缝荒料图12圆盘锯切入相邻的矿体示意图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2.8米的锯片、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W1.2m；长度和高度完全可以按
14、照砂锯料的最大尺寸切割，达到23.5m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和4.2m的圆盘锯，最大切割深度达到1.55m1.8m,分离体石料的厚度仍可作为荒料的厚度,完全可以满足大型加工设备的需要。但在分解切割时，应注意荒料的体积和重量能在矿山吊装、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。2.4如何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
15、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100m、长度不限的采面为例，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，荒料高度的减少越多。如果是花色均匀无方向的花岗石，在推进到厚度不适合做砂锯料高度的分离体时，可将其变成荒料的厚度，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，保证厚度是1.851.9m。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
