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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械及礦山開采機械相繼問世,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成套的加工設備來加工合格的板材。但礦山的開采由于開采設備的價格高,自動化程度高,工人操作技術要求高,而國內一直沒有引進。有極個別的單位引進了單機也發(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。礦山工人勞動強度大,生產不安全,開采操作無序,亂挖亂炸,不可再生的寶貴資源浪費很大。

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、應力集中爆破法

國外的文獻資料(瑞典)幾十年前就有報告,應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,這就是應力集中的原理。在我國由湖北工業(yè)設計院的爆破高級工程師申請了發(fā)明專利(14022號,在巖石孔內刻槽工具)。具體操作是用鑿巖機在基巖上鑿出φ40的若干個深孔,在每一個孔內均勻地用機械方法刻出一對槽子,如圖     ,槽子是有方向性的,在孔內填滿火焰引爆劑,孔口由粘結性很好的黃泥壓緊、壓實。電訊號點火后,在孔壁內沿槽子的方向產生應力集中的高壓汽體將基巖擠開。現(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,運到加工廠后切割成毛坯板材。然后進行后續(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,進一步的解決存在的技術方面的一些小問題,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,用化學配方的辦法,將幾種粉劑用水調和后灌注在φ40的已鑿好的巖石孔內。約12小時后,化學反應產生巨大的膨脹壓力將基巖推開。因為此法酷似水泥的調和程序,故稱為膨脹水泥法。

有些礦山由于長期的熱應力等原因,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,由于底層已經自然地分開了,真是天賜良機。只需垂直于地面鑿巖打孔,向孔內灌注膨脹劑,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。以前是用水來調和膨脹劑,再用人工將其塞入孔內。但就在塞入的這道工序上,難度很大:調稠了,塞不進去,要用一根棒子搗;調稀了又極容易產生不少空氣洞,使膨脹壓力無法控制,尤其在水平孔內灌注時,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,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。該機用φ0.8m的金剛石圓鋸片,分兩次進刀,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(機器水平切割出來的),這個平面首先能安裝水平導軌,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備簡介
(一)、0—180度單頭自動鑿巖機

該機為履帶自行式,名孔角度任意調節(jié)設定深度,自動進刀,故障報警和自動停機。一人操作,鉆孔直徑最大達100mm,該機生產效力高,自動化程度高,移動易,定位準,但是成本高。

(二)、針對大理石礦山用的“金剛石串珠鋸”

 該機的主要結構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打通,這樣就能鋸開基巖的兩個側面。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,基巖經過數(shù)萬年的風化,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的兩個水平導軌安裝在基巖上,并且調好水平。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。

    再延伸一組水平導軌,鋸機繼續(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,這兩臺鋸機與上述鋸機的不同點是左右的水平導軌不一般高,在凹槽內的水平導軌要比在山由的另一個水平導軌高1.3m。這兩臺鋸機就朝左右的相對方向各鋸長2.5m的基巖。這樣就將凹槽擴寬至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,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(也可以垂直切),這種切機一方面可斷開基巖,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)。它們順水流到底洼地、河溝里,幾天之后就會沉積下來。日久天長就堵塞了水流經的地方,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。造成嚴重的礦渣污染。凡是使用圓盤切機的地方,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,一個池子放鋸機流出來的水,一個池子作沉淀池,兩池交互使用,在池內沉淀下的沉渣人工取出來之后就作填路之后,也是費工費時不討好。

    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。只不過是非常細的砂子。經過測試計算,得知一臺大型切機(18小時/日)能產生0.89噸渣,計算公式如下:一臺切機每天切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每天會產生0.89T渣,一個月26.7T,一年產生320T渣。小的機制空心磚尺寸為

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

    所以一塊機制水泥磚需要用沉渣2.5公斤

    320T÷0.00025T=128萬塊磚。年產量。

    另外這礦渣還可以進一步開發(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。炸出來的大點的石頭就整理成荒料,運到工廠去鋸成板材或其他材料,炸出來小點的就做房屋的基礎石、建材用石和鐵道上道渣石等等。更小一點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。而工作平臺就自然地隨之擴大和延伸。這個大的工作平臺實際上是由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。

    從理論上講,工作平臺下面無疑是基巖,因為花崗巖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為開采工藝不當而被埋沒了。

    隨著科學發(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,廢棄的、老的、舊的礦山該復活了。就是用專利發(fā)明的新技術開采礦山,專利號2006100182630。(參見機械化開采大理石、花崗巖系列資料之六)

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