精品石材开采部分.docx
《精品石材开采部分.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《精品石材开采部分.docx（32页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
精品石材开采部分
第六章饰面石材开采
第一节概述
饰面石材有大理石、花岗石和板石等，它们具有一定的机械强度，加工后显现出美丽的花纹和光泽。
大理石属于沉积碳酸盐岩和与之有关的变质岩。
如大理岩、大理化灰岩、致密灰岩、白云岩、蛇纹化大理岩、蛇纹岩等。
花岗石属于各种产出的岩浆岩和变质的含硅酸盐矿物为主的岩石。
如片麻岩、混合花岗岩、辉绿岩、闪长岩、辉长岩、安山岩、玄武岩等。
板石即地质上的板岩、钙质板岩、凝灰质板岩、粉砂质板岩、硅板岩和板状砂岩、板状石灰岩和板状石英岩等。
大理石、花岗石主要用于高级建筑物作装饰棉板材，也用于石雕、工艺美术品、石碑、条石和块石等。
大理石还可加工为米石、石粉，有的可作电气绝缘板、水泥原料等。
花岗石可作耐酸耐碱制品等。
板石主要用于饰面板材和屋顶板。
饰面石材矿山开采的基本要求和特点，在于从矿体中采出满足一定规格要求且无裂缝的完整块石——荒料。
因此，开采工作面的布置、推进方向，以及与之相联系的开拓运输方式，要充分考虑矿体的层理、节理、裂隙，最大限度地避免它们对开采的不利影响；选择相应的开采工艺和技术装备，保证大块荒料的采出。
饰面石材开采的基本工序为：
分离——从矿体上将条状块石（以下简称条石）分离下来；
分割——将条石分割为毛荒料或荒料；
整形——将毛荒料加工修整为荒料。
荒料率时是石材矿山的重要技术经济指标，荒料率大小和荒料块度取决于矿床地质条件和开采方法。
石材矿山建设必须十分重视矿点矿段的选择，首要的是资源条件，品种须适应市场需要，荒料率要达到一定要求。
通常，荒料率在开采前往往不能获得可靠的数据，因此建设规模不宜过大，设施应从简，经小规模试采证实确具备大规模开采条件后，可进一步扩大规模，并完善应有的设施。
第二节开采境界的确定
合理确定开采境界试露天矿山设计中的关键问题之一，直接影响到矿山的主要技术经济指标。
需综合分析自然、经济及技术组织等因素。
石材矿山确定开采境界，首先要解决首采区的问题，进而确定最优境界。
一、选择首采区的主要原则
通常情况下，饰面石材矿山的开采规模较小，开采的平面范围无需遍布整个矿区。
因此，确定开采境界，首先是选择首采区。
选择的主要原则是：
勘探程度较高，储量比较可靠；
有足够的储量，能保证矿山适度的服务年限；
有较好的开采条件；
剥采比小，荒料率高；
不影响整个矿床的合理开发。
二、确定开采境界的主要原则
1）确保有一定的盈利；
2）充分利用资源，尽量减少储量损失；
3）矿山服务年限适度；
4）保证生产安全；
5）不影响必须加以保护的建筑物、构筑物、河流、铁路、公路等。
三、经理合理剥采比的计算方法
为保证石材矿山获得一定量的利润，在确定开采境界时要求境界剥采比不大于经济合理剥采比。
目前，我国饰面石材矿山均为露天开采，因此在计算经济合理剥采比时，不采用与地下开采比较成本或盈利的方法，而采用保证获得最低必要利润的方法，即盈利法。
碎矿石得不到综合利用
（2－6－1）
式中
——经济合理剥采比，m3/m3；
——荒料率，％；
——荒料平均售价，元/米3；
——最低必要利润，元/米3；
——采矿成本，元/米3；
碎矿石得到综合利用
（2－6－1）
式中
——利用的碎矿石量与原矿量之比；
——碎矿石纯收入，元/米3。
其它符号意义同前。
上述两式表明，经济合理剥采比与荒料率有直接关系。
荒料率高，则经济合理剥采比就大，反之亦然。
不同的矿床条件，荒料率变化较大，因此经济合理剥采比也有较大变化。
另一个影响经济合理剥采比的重要因素是荒料价格，它与荒料品种及规格有关，品种好、规格大售价就高。
四、最低经济荒料率
一般露天矿的经济效益，除矿岩本身性质和相应的开采技术外，主要决定于剥采比。
因此在确定开采价值和开采境界时的主要因素是剥采比。
而在饰面石材矿山，除剥采比以外，还有一个主要因素——荒料率。
开采相同数量的原矿，荒料率越高，则所获得的产品——荒料就越多，经济效益就越好。
可见荒料率的高低对饰面石材矿山的经济效益有十分明显的直接影响。
因此，从经济角度对荒料率的下限有一定要求，不能满足这要求就不能保证获得必要的利润，就没有开采价值。
最低必要利润应保证缴纳税金和按规定年限偿还投资贷款、利息。
最低经济荒料率可按下式计算确定：
碎矿石得不到综合利用
（2－6－3）
式中
——最低经济荒料率，％；
——生产剥采比，m3/m3；
——剥离成本，元/米3；
——荒料平均售价，元/米3；
——最低必要利润，元/米3；
——采矿成本，元/米3；
碎矿石得到综合利用
（2－6－3）
式中
——利用的碎矿石量与原矿量之比；
——碎矿石纯收入，元/米3。
其它符号意义同前。
由上述两式可见，最低经济荒料率与生产剥采比有直接关系，生产剥采比大，最低经济荒料率就高，生产剥采比小，最低经济荒料率就低，两者呈直线关系。
因此，评价、选择和确定矿区或块段时，除矿石性质和其他技术条件外，必须同时注意剥采比和荒料率两个参数。
一般条件下，生产剥采比在0.3m3/m3左右时，花岗石矿的最低经济荒料率伟15～25％，大理石矿为20～30％。
如果品种好，售价高，有较多出口时，则最低经济荒料率可适当降低。
第三节矿山生产能力和开采要素
一、矿山工作制度
矿山工作制度主要根据规模、机械化水平和气候条件等因素确定。
通常，机械化水
平高的矿山，为提高设备利用率，采用连续工作制，即每周工作7天，每天3班，每班8小时。
生产规模小、机械化水平较低的矿山可采用间断工作制，即每周工作6天，每天工作2或3班，个别的矿山工作1班，每班8小时。
年工作天数按（2－6－5）式计算：
（2－6－5）
式中
——年工作天数，d；
——年日历天数，365天；
——年节假日天数，连续工作制为7天，间断工作制为59天；
——设备集中检修和气候影响天数。
二、矿山生产规模的确定
石材矿山荒料生产规模主要根据国内外市场需要、矿床资源等建设条件、技术装备以及经济效益等各方面因素。
为避免盲目性，一般情况下，石材矿山的开采规模不宜过大。
其生产能力的确定不受最小服务年限的制约。
荒料生产能力根据生产规模配备技术装备选择开拓方案，然后验证其可能性，用方案比较确定其经济合理性。
若最终产品是板材，则荒料生产能力按公式（2－6－6）计算。
（2－6－6）
式中
——荒料生产能力，m3/a；
——板材生产能力，m3/a；
——板材率，m2/m3。
荒料生产能力的验证
由于石材矿山的开采规模较小，开采强度不大，其生产能力通常不受新水平准备时间及相应的延深速度的限制，因此，在技术上可能达到生产能力，主要取决于工作面生产能力和可能布置的工作面数量。
对矿床规模小、开采强度大、新水平准备时间长的矿山，同时需要按延深数度验证生产能力。
1、工作面荒料生产能力
石材矿山开采工作面有分离、分割及整形三道工序。
这三道工序对某一条石来说是顺序进行的，对一个开采工作面来说则通常是交叉进行的。
这三个工序中分离作业耗时最多，因此，工作面的生产能力，取决于分离作业的生产能力。
现分别叙述几种主要工艺的工作面生产能力的计算。
（1）锯石机开采工作面；进行分离作业时，生产能力决定于锯石机切割效率和条石的尺寸。
工作面荒料生产能力
：
（2－6－7）
式中
——荒料生产能力，米3/班；
——荒料率，％；
——分台阶高度，m；
——条石宽度，m；
——锯石机水平切割效率，米3/班；
——锯石机垂直切割效率，米3/班。
（2）钻眼劈裂或钻眼爆破工作面，其生产能力按公式（2－6－8）计算。
（2－6－7）
式中
——荒料生产能力，米3/班；
——同时工作凿岩机台数；
——凿岩机效率，米/台.班；
——钻眼间距，m；
——水平眼深度，m；
——垂直眼深度，m。
其他符号意义同前。
上述计算中未考虑劈裂时间或装药爆破时间，如所占时间比例较大，应按占用时间相应降低生产能力。
（3）水平切割或垂直切割采用锯石机，而另一面的切割用钻眼劈裂或钻眼爆破时，按公式（2－6－10）计算工作面生产能力。
水平切割用锯石机，垂直切割用钻眼劈裂或钻眼爆破：
米3/班（2-6-9）
米3/班（2-6-10）
式中符号意义同前。
根据两式计算结果，取较小值。
垂直切割用锯石机，水平切割用钻眼劈裂或钻眼爆破：
米3/班（2-6-11）
米3/班（2-6-12）
式中符号意义同前。
根据两式计算结果，取较小值。
为充分发挥锯石机的能力，应有足够的凿岩机同时工作，使工作面生产能力不受凿岩能力所限制。
2、按可能布置的工作面数验证生产能力
（2-6-13）
式中
——生产能力，m3/a；
——工作线长度，m；
——工作面长度，m；
——荒料生产能力，米3/班；
——年工作日数；
——每日工作班数。
矿山采剥生产能力
（2-6-14）
式中
——采矿和剥离的生产能力，m3/a；
——荒料生产能力，m3/a；
——吊装运输损失，一般为0.5～1.0％；
——生产剥采比，m3/m3；
——荒料率，％。
工作线方向的确定
由于矿体中常存在发育程度不同的各种裂隙，工作线的方向对荒料率有很大影响，直接影响矿山的经济效益。
因此，在确定工作线方向时，必须首先掌握矿体的裂隙状况，对地质勘探报告（或能作为设计依据的地质资料）提供的裂隙成因、产状、密度及其分布规律等详细分析研究，找出主要裂隙方向、并加以充分利用，尽量避免工作线与主要裂隙斜交，以提高荒料率。
鉴于矿体的主要裂隙具有一定的方向，所以工作线方向按获得较高的荒料率的原则确定以后，应采用平行推进的方式。
如果有的矿区在不同矿段裂隙分布规律变化，应分别确定合理的工作线方向。
在开采过程中，工作线方向可根据裂隙的变化作适当调整。
工作线的推进方向需根据地形、基建工程量、生产剥采比、开拓运输系统等综合分析确定。
三、开采要素
石材矿山受开采工艺和设备的限制，也受荒料规格和矿体裂隙的影响，一般情况下划分为若干个台阶和分台阶进行开采。
每个台阶形成一个完整的系统，完成采矿、剥离、吊装和运输工作。
分台阶仅进行采矿和剥离工作，吊装（起重）和运输设备设置在运输水平上，工作线推进过程中，每个分台阶应具有一定宽度的作业平台，采用移动式起重机吊装时，分台阶的作业平台宽度不宜过大，因这种设备的工作范围很小，常常需要借助牵引绞车配合作业，减小平台宽度，可提高吊装效率。
四、台阶、分台阶高度
台阶高度
台阶高度主要取决于进行吊装工作的起重设备的技术性能。
为了减少开拓工程量，应尽量加大台阶高度。
采用桅杆式起重机时，加大台阶高度还可减少移设起重机的次数，从而减少移设起重机给生产带来的影响。
分台阶高度
分台阶高度主要根据开采设备的技术性能，荒料最大规格等因素加以确定。
当矿体水平裂隙比较发育，应充分研究裂隙的规律。
根据裂隙分布划分分台阶。
为提高荒料率，在条件运行的情况下，应尽量加大分台阶高度，尤其是列些分布复杂时，加大分台阶高度对提高荒料率很有好处。
与吊装设备、开采设备相应的分台阶高度见表2－6－2，表2－6－3。
表2－6－2
起重设备类型
台阶高度，m
W
型履带式起重机
6
轮胎式起重机
起重8～16t
起重5t
5
4
DK.DKS型桅杆式起重机
站立水平以上
14（小型机）
62（大型机）
站立水平以下
65
表2－6－3分台阶高度
设备类型
分台阶高度，m
金刚石串珠式钢索锯石机
5～10
普通钢索锯石机
5～6
圆盘式锯石机
0.4～1.0
链臂式锯石机
1～3
（二）分台阶坡面角
分台阶坡面角一般为90°。
最终分台阶坡面角及台阶坡面角根据岩石稳定情况确定。
（三）条石宽度
确定条石宽度需要考虑的因素主要是开采设备的技术性能，荒料的最大规格和裂隙情况。
一般为1～3m。
鉴于条石宽度的变化对开拓运输系统，开采程序不产生影响，所以在开采过程中可根据需要加以适当调整。
特别是矿体中存在与工作线方向平行的裂隙时，必须根据揭露的裂隙分布情况确定条石宽度，以减少损失，提高荒料率。
工作面长度
工作面长度系指工作线上一个采掘区段的长度，人工开采，一般为5～15m；钢索锯石机，一般为10～20m；最小工作平台宽度
台阶最小工作平台宽度
在台阶平台上需进行开采及吊装运输作业，最小工作平台宽度一般为20～25m。
分台阶最小工作平台宽度
分台阶平台的最小宽度应保证开采作业的进行，一般为分台阶高度加2～3m。
部分矿山开采要素见表2－6－4。
表2－6－4部分矿山开采要素
矿山名称
主要装备
普氏系数f
台阶高度，m
分台阶高度，m
台阶最小工作平台宽度，m
工作台阶坡面角，°
采准堑沟规格，m
开采
吊装
运输
5
20
90
宜兴大理石矿
普通钢索锯石机
履带起重机
汽车
7～8
1.2
1.3
1.7
长20，
宽2，
深2.5～5
莱州银磊大理石矿
普通钢索锯石机
串珠式金刚石锯石机
桅杆起重机
汽车
8～10
36
6
20
90
赣榆县大理石矿
普通钢索锯石机
桅杆起重机
汽车
8～12
42
3
20
90
串珠式金刚石锯石机
连县大理石矿
普通钢索锯石机
桅杆起重机
汽车
24
52
4
10
90
基坑：
长10，宽10，深4
潼关大理石矿
普通钢索锯石机
履带起重机
汽车
12～13
6
2
20
90
长20，宽1.5，深2.5
黄石大理石矿
普通钢索锯石机
履带起重机
汽车
7～8
6
2
20
90
长20，宽1.5，深2.5
中惠公司松柏岭花岗石矿
液压滑架式凿岩机
轮胎起重机
汽车
16～18
5
12～15
90
乳山花岗石矿
滑架式凿岩机
履带起重机
汽车
15～18
8
4
16
90
新水平准备和采准堑沟、采准基坑的开掘
新水平准备
新水平准备对于一般露天矿来说式建立倾斜的和水平的运输通路，其开辟新水平的工作线（工作面）与建立水平运输通路是结合在一起进行的，即开掘开段沟。
石材矿山采用锯石机时，在分台阶上开辟工作面还要开掘采准堑沟或采准基坑。
因此，新水平准备工程的内容包括：
开掘建立运输通路的倾斜和水平沟道，按分台阶开掘采准堑沟或采准基坑。
采准堑沟的开掘
为开辟工作面，安装锯石机的工作立柱，需在工作面两侧垂直工作线开掘采准堑沟，相邻工作面之间的采准堑沟可共用。
堑沟长度根据工作面长度及数量按回采矿量保有期计算确定，宽度一般为1.5～2m，深度应大于分台阶高度0.3～0.5m。
采准堑沟开掘方法有两种：
1、机械切割法
（1）利用MPH220/320型多用钻机与普通钢索锯石机联合切割，
1）在需切割的采准堑沟端部钻两个孔AA，，BB；；
2）切割两个垂直面ABB’A’，BCC’B’。
钢丝绳从锯石机引到钻机A绳轮，绕到B的旋转圆盘，再绕到外部的工作立柱，引回到锯石机构成钢丝绳回路，两个面同时向下切割到底；
3）切割水平面A，B，C，D，。
移开钻机B，将外部工作立柱摆平，砂、水自C‘处供给，然后从B，处开始呈扇形切割，砂、水供给点随锯切位置改变逐步由C’移动到D，，当水平工作立柱的绳轮从由C’移动到D，时，水平切割结束；
4）钻机A和外部工作立柱之间垂直切割到底，即结束。
MPH220/320型多用钻机技术性能见表2－6－5。
表2－6－5MPH220/320型多用钻机技术性能
项目
单位
指标
备注
旋转电机功率
油泵电机功率
沿圆柱滑动行程
钻机重量
钻机总重
制造厂
kW
kW
m
kg
kg
7.4
0.74
1
240
320
不包括旋转电机、油泵和配件
意大利PELLEGRINI公司
（2）利用025型多用钻机、015型导向切割立柱与普通钢索锯石机联合切割“V”形采准堑沟。
切割方法是：
先用025型多用钻机在拟切割的“V”形沟顶端钻Φ205～240mm的孔，然后在孔内放入装有导向压缩轮的015型导向切割立柱，外部利用普通钢索锯石机用的工作立柱，引入锯石钢丝绳，即可进行切割作业。
（三）采准基坑的开端
若采用多用钻机、切割立柱与钢索锯石机相配合的开采工艺，开采时无需安装工作立柱，因此不要开掘采准堑沟，但在新水平准备时需开掘采准基坑，逐步扩大，形成工作线。
基坑边长一般为10～15m，深度与分台阶高度相等。
开掘方法：
先在拟开掘的基坑四角用多用钻机钻孔，直径为220mm，深度与分台阶高度相等。
再用导向切割立柱与普通钢索锯石机沿四边进行垂直切割。
第四节开拓运输和装载
一、开拓运输
饰面石材矿山选择开拓运输方式的基本原则与其他露天矿相同，必须根据矿区的自然条件（包括地形、矿体赋存条件、工程地质及气象条件等），满足技术、经济的要求（包括开采规模、境界、开采程序、生产工艺、投资规模、生产成本等）。
应该指出，石材矿山的工作线布置，工作线推进方向是根据获得较高的荒料率的原则加以确定的。
因此，开拓系统的选择和布置应尽量满足工作线布置和推进方向的需要。
饰面石材露天矿常常用下述几种开拓运输方式。
（一）公路开拓汽车运输
这种方式有很大的灵活性和机动性，对适用条件没有严格的要求，能充分发挥装载设备的效率，是石材矿山广泛采用的方式。
公路布线形式选线原则、路面设计及有关计算与其他矿山相同，不予叙述。
荒料运输应采用载重汽车，不能采用自卸汽车，以保证平稳安全。
车型的选择除考虑运输量和运输距离外，其载重量必须满足最大规格荒料的要求。
宜兴大理石矿采用履带式起重机吊装，台阶高度为5m，其开拓系统如图2－6－4所示。
（二）无沟开拓桅杆起重机吊运
这种开拓运输无需开掘从地表至开采台阶的运输沟道，而直接由桅杆起重机吊运至地表，装入运输设备。
桅杆起重机的位置是否合理，对吊运效率和经济效益有直接影响。
合理的位置应能充分利用起重机的工作规格，在其工作范围内直接吊运更多的荒料和废石，尽量减少牵引绞车或其他设备的转运量。
当一台桅杆起重机不能满足吊运量或开采范围要求时，可设两台或更多，这时，位置的确定还应注意相互间工作范围的衔接以及与运输线路的联系。
由于受桅杆起重机工作规格和提升能力的限制，这种开拓运输方式适用于菜场面积较小、开采深度不大、矿岩运输量较小的矿山。
目前生产的桅杆起重机工作半径最小为50m，起重高度最大为65m。
这种方式开拓工程量较小，投资少，同一设备完成矿岩的提升与装载，凡符合上述适用条件的矿山，能获得较好的效果。
广东连县大理石矿采用无沟开拓桅杆起重机吊运，该矿464m水平以上为山坡部分，以下为凹陷部分。
最高开采水平为496m，最低开采水平为420m。
全矿采用两台桅杆起重机吊运，汽车运输。
桅杆吊站立水平及装车平台前期设立在472m水平，后期设立在464m水平。
如图2－6－5所示。
（三）公路汽车与桅杆起重机联合开拓运输
露天采矿场上部采用公路开拓运输，深部采用桅杆起重机吊运，在两者衔接处设装载平台。
这是上述两种方式的结合，发挥了两种方式各自的优势，扩大了适用范围。
这种联合开拓运输方式在石材矿山应用相当广泛。
（四）斜坡卷扬机道开拓台车运输
卷扬机道的布置和提升计算与其他矿山相同，但为荒料运输的平稳安全，卷扬机道倾角不宜大于35°～40°，轨距一般大于900mm。
这种方式适用于规模小，地形复杂，比高大的山坡露天矿。
二、荒料的装载
将荒料装上运输设备的装载设备有固定式和移动式两类。
桅杆式起重机属固定式装载设备，有斜撑桅杆式和缆索桅杆式两种，后者较少应用。
这类吊装设备工作半径大，起重高度（深度）大、起重量大、兼有装载和运输（提升）两项功能，可大大减少开拓工程量，是石材矿山比较理想的吊装设备。
若矿山开采范围大，可在工作若干年后移设起重机。
鉴于起重机的移设，需要较多工程量和时间，故不宜频繁移设。
起重机工作范围外的荒料，可借助满动牵引绞车拖曳或前装机、推土机等设备运送至工作范围内进行装载。
履带式起重机和轮胎式起重机为移动式装载设备。
这类设备移动方便灵活。
但工作半径、起重高度和起重量都较小，不适于大规格荒料的装载，台阶高度受到很大限制。
需要指出，台阶高度不仅受装载设备起重高度的制约，而且由于分台阶需要有一定宽度的工作平台，所以在很大程度上是受装载设备工作半径的制约。
这类移动式起重设备的起重量与工作半径有关，装载半径增大时，起重量大大减小。
采用这类设备，通常也配备慢动牵引绞车予以辅助。
在生产规模小、荒料规格小的矿山，可用手动葫芦进行装载。
国外有不少石材矿山采用装载机进行装载，方便灵活。
如美国卡特彼勒公司生产的98gB型装载机，可完成装运、顶翻荒料及废石铲运等作业，一机多用，是矿山装运的理想设备。
三、废料的装载
大块废料的装车与荒料装载相同，用起重机直接装车，必要时辅以慢动绞车或其他设备。
中小块废料需要先装入容器。
常使用的容器有钢丝绳变质的网和料斗。
当废料分散不便装入容器时，可用人工推车、前装机、推土机集中装入容器。
有的矿山用前装机直接将废料装入汽车。
四、起重设备及其技术性能
（一）履带式起重机的技术性能
履带式起重机的技术性能见表2－6－9，表2－6－10，表2－6－11。
表2－6－9W－
型起重机技术性能
起重臂长，m
10
18
幅度，m
3.7
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
4.5
5.0
7.0
9.0
11.0
13.0
15.0
起重量，t
10
8.7
6.2
5.0
4.1
3.5
3.0
2.6
7.5
6.2
4.1
3.0
2.3
1.8
1.4
9.2
9.0
8.6
8.1
7.45
6.5
5.4
3.7
17.2
17.0
16.4
15.5
14.4
12.8
10.7
最大提升高度，m
工作时机重，t
23.11（对地面平均压力0.071MPa）
制造厂
抚顺挖掘机制造厂，天津工程机械制造厂
表2－6－10W－
型起重机技术性能
起重臂长，m
13
23
幅度，m
起重量，t
4.5
15.0
6.0
10.0
7.5
7.2
10.0
4.8
12.5
3.5
6.5
8.0
9.5
4.6
12.5
3.0
15.0
2.2
17.0
1.7
最大提升高度，m
11.0
11.0
10.6
8.8
5.8
19.0
19.0
18.0
17.0
16.0
工作时机重，t
39.79（对地面平均压力0.087MPa）
40.74（对地面平均压力0.089MPa
制造厂
抚顺挖掘机制造厂，上海建筑机械制造厂
升级会员 