石材矿山开采的风动潜孔刻槽机与岩孔刻槽对比

　　刻槽开采法的实质就是在岩孔内壁上刻槽，如同用玻璃刀在玻璃上划条线一样，我们裁断玻璃，首先要在断开尺寸处用玻璃刀划条槽线，再用力掰，玻璃就沿导向槽线整齐断开。玻璃是脆性物质，岩石也是脆性物质。玻璃能从导向槽线处断开，如果我们在岩孔内壁上也刻槽线，制造导向断裂纹，再给岩孔内部施加外力，岩孔也应该会从槽线处断开。这种推断早被国内、外石材工作者证实。从此，就有了刻槽开采法。由于给岩孔施加外力的手段不同，又可细分：刻槽胀裂法、刻槽劈裂法、刻槽黑火药崩裂法。这3种方法我在石材矿山都试用过，虽然方法都可行，但是也有好坏之分。我认为刻槽胀裂法最好，适用于务类岩石。因为膨胀力的产生是逐步增大直至岩石断开。膨胀力均匀作用于整个岩孔壁上，作用点又集中于槽线处，这种外力正是“岩石断裂力学理论”提出的岩石从裂纹处失稳、断裂、断开发展过程中，施加外力应该具有的特性；而刻槽黑火药崩裂法次之，因为黑火药瞬时产生的爆生气体，其大小很难掌握，爆生气体小了会冲孔，大了岩石断裂面发展过程过快，有可能不从槽线处断开而走偏，会从其他抗拉更弱的自然裂纹处断开，如果爆生气体作用力恰到好处，岩石本身可劈性又好，则刻槽黑火药崩裂法也是好方法；刻槽劈裂法：可用机械machine/劈裂和手捶劈裂，机械machine/劈裂是用液压劈裂器，手捶劈裂就是铁锤加复合楔。由于劈裂器和复合楔都是置于岩孔上部孔口段，液压和手锤施力后产生的劈裂胀力，不是均匀作用于整个岩孔壁上，而是在岩孔口逐渐胀撕于岩孔。当岩孔口产生裂纹后，随着继续劈裂，则向每个岩孔施工时间会有先有后，施力大小会有轻有重。因此，每个岩孔断裂状态不可能步调一致，如果岩石节理裂隙发育、各相异性，则容易使岩石断裂、漂斜，而不是沿槽线处断开。对于可劈性差的岩石，使用该法不但岩孔间距要小。而且各个岩孔要步调一致，否则，岩石会向抗拉更弱的部位断开。

　　石材矿山无论采用哪种刻槽开采方法，都需要在岩孔壁上刻槽，从上到下刻出二条落在岩孔直径上的对称槽线。如图2所示。槽线在孔壁上成直线而不能扭曲，这样才能保证岩石断开面平整。
　　刻槽开采法的关键是刻槽工具。刻槽开采法在我国石材矿山推广缓慢，除矿山还不具各使用条件处，也与刻槽工具还达不到实用要求有关。

　　目前，国内采用的还是刻槽钻头。笔者前几年研究的多刀刃装配式刻槽钻头，在石材矿山使用中存在如下问题：
　　1、操作不方便。因为它还需要用凿岩机为动力，又不能让凿岩机有旋转功能，需卸下掉凿岩机施转部件。操作时凿岩机在上，头重脚轻、冲周刻槽、不好掌握；
　　2、冲击式刻槽。槽线容易上下扭斜不成直线。扭斜槽线是达不到岩石预裂效果的；
　　3、刻槽钻头进入岩孔卡住后，不易取出或根本不能取出。

　　因为刻槽钻头有这些致命弱点。所以，我弃之而研制出风动潜孔刻槽机。该机具经过近3年在不同岩类矿山使用，得到了矿山的好评，它们共同期待该机具早日服务矿山。
　　下面介绍一下岩孔刻槽与风动潜孔刻槽机的性能特点：

　　岩孔刻槽：要想从岩体上分离出大体积城（≥30m3）岩块，又不会使分离岩块破裂，则开采手段和方法十分重要，在岩孔内刻槽，采用刻槽胀裂法，适合我国石材矿山现状。刻槽胀裂法要创造3个开采条件：一是采场要形成开采台阶，台阶高度视矿山具体条件而定，最好不小于3m；二是台阶开采作业点要具有3个自由面；三是被分离岩块的底平面要用金刚石绳锯或链臂锯锯割成缝。如图3所示，绝对禁止采用抬炮，也就是用黄炸药炸开。

　　金刚石绳锯一次锯割面积，按图3尺寸≥12m2。

　　在图3状态下，国外矿山对其余两个岩面是采用凿密集排孔，然后用膨胀剂胀开，我们可以从进口荒料表面岩孔痕迹测量岩孔间距一般为100~200mm左右。因此，凿岩工作量很大，由于国处是采用液压排钻，凿岩设备先进、凿孔速度快、效率高，问题不突出，国内矿山凿密集排孔就有困难。如果采用在岩孔壁上刻槽，则在达到同样开采效果的前提下，只需要凿1/3至1/4的岩孔，也能用膨胀剂胀开。因为岩孔内壁上刻出两条对称槽线后，槽线就是导向断裂纹，膨胀剂在有槽线的岩孔中产生的膨胀力，必然全部集中作用在槽线上，这就是所谓“应力集中效应”，有槽线岩孔其内膨胀力有了方向性，形成两股相反方向全力撕拉岩孔槽，膨胀力都为断开岩石做有用功。无槽岩孔、膨胀力平均作用在岩孔圆周壁上，力的方向呈辐射状，只有部分膨胀力为断开岩石做有用功，大部分膨胀力只是在压缩岩孔圆周壁，做的是无用功。这种结果，我们在矿山实用过程中得到证实。

　　目前，我国有多家企业生产金刚石绳锯和链臂锯。如果石材矿山采用金钢石绳锯或链臂锯，配用刻槽机，采用刻槽胀裂法开采荒料，将会给矿山带来事功半效果。
　　现在膨胀剂国内生产厂家多，销售价格已有所下降。岩孔壁上刻槽后，对膨胀剂的标号
　　要求也可降低。因此，如果用量大，矿山完全可以自产自用，生产膨胀剂很容易，其成本在400~500元/t。
　　刻槽胀裂法的优点是，提高荒料生产率，降低开采成本，保证荒料规格质量，充分利用资源，减少排废量而有利生态环境，不用雷管炸药而有利生产安全。
　　风动潜孔刻槽机：顾名思义，它是以矿山压气为动力，机头潜入直径为40mm岩孔内，通过特制的金刚石锯片，自上而下在岩孔壁上刻出深6~8mm，宽2mm、长等于岩孔深的两条对称槽线。金刚石锯片受排气冷却，能保证金刚石锯片使用寿命。
　　该机分3个部分，即操作部分、动力部分和工作部分、3部分串接成一体，如图4、图5、图6所示，该机若按3m深岩孔配备操作杆长度，则整个机具重量为7.2kg。
　　该机具结构合理、操作方便、刻槽速度快、槽线不会歪斜、更换锯片容易、安装维修方便等特点。
　　由于岩石种类多，岩性各异、构造有别。所以，对金刚石锯片的要求也不一样。金刚石锯片现分高、中、低3个品级，对于各种大理石和细粒径变质岩而言，低、中档锯片刻槽都在100m以上。对于伟晶状、大颗粒石英构造的确良坚硬花岗岩，刚金刚石锯片容易磨钝或金刚石容易脱落，刻槽速度减慢，这个技术问题我们会进一步解决。
　　凡是能用金刚石绳锯的矿山，都能用该机具刻槽。刻槽断裂岩石比金刚石绳锯锯割岩石要省时、省钱、省事。如果矿山全部用金刚石绳锯来分离，解体岩石，则荒料生产成本会高出荒料销售价。例如原湖北大悟蛇纹岩矿，就是全部用意大利金刚石绳锯和带锯分离、解体岩石，产出荒料外形漂亮，表面平整，6面相互平行，八角俱全。但核算下来，荒料每m3开采成本为4800元，而荒料销售价每m3只有1200~1600元，荒料生产越多，矿山亏损越大，最后只好关停。笔者在2005年《石材》杂志2期上发表一篇“小型矿山怎样合理使用金刚石绳锯”的论文，把小型矿山合理使用金刚石绳锯的好经验和好方法，介绍给了读者，望读者从中得到启发，取长补短，针对自身条件，巧用金刚石绳锯，创造更合理的石材开采方法。
　　目前，我们寻求在有条件的矿山开办采用刻槽胀裂法开采荒料的样板矿山，其条件是：采场已形成开采台阶，在用金刚石绳锯或链臂锯开采，我们给予技术扶植，帮助他们用金刚石绳锯或链臂锯与刻槽机具配合，采用刻槽胀裂法分离、解体岩石，达到提高荒料产量，降低生产成本的目的。