金刚石绳锯矿山开采应用

金刚石绳锯开采石材在国外应用已经有三十多年的历史了，早期绳锯只用于切害软质石材，在世界范围内绳锯开采大理石矿山的工艺已十分成熟。对于花岗石等硬质石材，经过绳锯、串珠绳厂商与矿山企业长期不懈的努力，用绳锯开采花岗岩技术越来越成熟，目前绳锯可广泛应用于花岗岩、砂岩等各种硬度石材开采上，产品质量越来越高、成本越来越低，在世界范围内已成为趋势。

石材矿山采用绳锯机开采的方案
1、矿山基本基本信息
1.1 矿山石材基本信息：（由客户提供）
1.2 目前矿山的基本开采条件：（由客户提供）

2、金刚石串珠绳锯开采石材的优势分析；
与传统的开采法相比，应用绳锯开采具有以下优势：
（1）适应性广，绳锯适用于所有类型矿山。
（2）功能强、效率高，首先开采深度深，能达到l0～20m甚至更深，常规开采一般只在10m以内；其次切割速度快，一般能达到4～5m2／h，是常规切割的2～3倍。
（3）绳锯能进行垂直、水平、斜面等各个方向的切割，还能进行盲切。
（4）成材率高、综合成本低，首先绳锯的切面非常平整且不会对荒料造成任何内伤，其次锯缝小，只有约11mm，不会造成资源浪费；
（5）安全环保，绳锯开采无噪音无粉尘，且自动化程度高，分离式操控，工人劳强度低、安全性高；常规切割噪音和粉尘都非常大，且工人劳动强度大，安全性相对较低。

3、金刚石串珠绳锯开采过程简述
3.1 绳锯开采对基础设施的要求
电力供应
消耗电能的设备主要包括：绳锯机、空压机、多功能凿岩、潜孔钻等，所有设备的电压均为380V，电力消耗视投入的机台数确定，以一台37KW绳锯机及配套设备计算，总功率应在60KW左右，考虑到以后大规模开采的，可考虑增设100KVA变压器一台，初期如为节省投资可以采用柴油发电机供电实现开采；
水源及供水能力
绳锯切割时，必须通冷却水，以保护绳锯及锯机，冷却水量视机器数量定，一台绳锯机的冷却水耗用量为0.5-1吨/小时，因此必须保证充足的水源及供水能力，条件许可，可以采用循环供水方式，建立循环水池，以具备连续不间断供水能力；
简易公路
必须具备通往矿山的简易公路，而且保证可以正常通过20吨以上的载重卡车以方便输送各种开采设备及石料运输；

3.2 绳锯切割开采石材过程
3.2.1 前期准备
(1) 山体剥离：剥离工作主要是剥掉大理石矿体上的覆盖土、风化层，剥掉夹层、围岩以及因节理裂隙发育而无开采价值的破碎大理石，使大理石矿体暴露出来，为采矿工作做好准备。应当特别注意对矿体的保护，不允许爆破震动对石材的完整性、成块性造成影响。（2）构造工作平台：大理石裸露出来后，要开挖出适合绳锯机工作的平台，一般宽度在6米，长度根据山势确定，采矿场台阶高度在5-10米。开挖方式一般采用钻孔加膨胀剂等方法，对花岗岩可以采用爆破方式，对山势比较平缓的作业面可以采用铺垫土层的方式构建作业平台。

3.2.2开采前的准备
（1）钻孔
钻孔是一项关键的准备工作, 若孔钻不好, 直接影响串珠绳的穿通, 影响绳的使用寿命及切割效率,所以打孔这一工序特别重要。欲切割一大块荒料、必须钻好三个孔, 即一个竖直孔和两个水平孔。三孔相交于一点，如果三孔不交于一点,金刚石串珠绳的穿孔比较麻烦, 甚至不能穿, 需要要重新钻孔, 这样降低了生产效率。因此钻孔必须根据实际情况, 按操作规程进行。钻孔采用的设备可以采用多功能凿岩、潜孔钻、手动凿岩机等。

（2）穿绳
采用人工穿绳法, 即将绳的一端固定在细钢丝绳上，细钢丝绳的另一端接多股软线（通常为吊锤用线）, 从一孔穿进, 垂直面可以采用水冲发将软线冲出来，水平面用铁丝从另一孔引出, 然后带出细钢丝绳引出绳锯。

（3）绳锯机安装到位
穿绳完毕后, 先进行设备轨道的铺设，轨道应与水平孔平行，并用水平尺测量轨道平面水平度并使之达到要求，最后吊运绳锯机至轨道上，挂好绳锯，接通电源。由于设备较重, 再加上切割一平面后, 需要重新移动设备, 可采用桅杆吊、铲车、装载机、挖机等其中任何一种设备来移动锯机；

（4）接通水源，安装冷却水管，一般需要配置两根水管，一根设置在绳的入口孔位置，另一根设在绳的出口位置，并随着切割进度需要不断调整进水位置及出水方向。

3.2.3 石材切割
用绳锯开采荒料必须先切割水平面, 然后再切割垂直面, 这样才能保证切割的顺利进行。若先切割竖直面, 再切割水平面, 容易造成石材断裂, 压住串珠绳, 从而电机空转打滑，损坏飞轮胶皮；更严重会造成绳锯报废。

矿山开采常用的切割方式为一次分切——拉翻（脱离）——二次分切整形。一次分切的主要目的是在山体上切割出条石，条石的大小依矿体的大小、搬运能力、石材的利用率等因素确定，一般在30-60M3，条石切割完后，用绞车或装载机将条石与矿体脱离并拉翻倒在铺有碎石的工作面上, 进行二次分切整形，切割出具有商业价值的荒料。

绳锯机常用的切割方式有如下几种：
a 垂直切割方式
b 水平切割方式
c 90度切割方式
d 盲切方式

4、产能估算、设备及人员配置

设备、人员应根据设定的产能进行配置。由于矿山没有提供明确的产能目标，因此我们只能以一台绳锯机为主设备，考虑最合理的辅助设备配置及人员配置，并计算产能。如矿山需要扩大生产能力，所需配置依此进行复制即可。

金刚石绳锯机的使用方法
使用串珠式金刚石绳锯石机开采石材，其锯切方法有环式锯切法和下压式锯切法两种。这两种方法所用机具、使用条件与工艺各有所不同。

（1）环式锯切法
此法亦称套索锯切法。其实质是：结成环状的串珠式金刚石绳围包着被锯切的岩石，借助于金刚石锯机驱动绳轮转动与移动两种运动，牵曳串珠式金刚石绳切割岩石。切割曲线长度、曲率半径由大而小在变化。
此法既适用于工作面的开采切割，也可进行石材分割后的整形切割。此法在作业过程中仅为串珠式金刚石绳锯单独应用。
在进行工作面的开采切割时，可作垂直、水平的两种切割。在进行垂直切割时，既可进行机器站立水平以上正前方切割，亦可进行机器站立水平以下正前方向的切割。

环式锯切法的工艺为：穿孔-套索-锯切。
穿孔：在锯切工作面设计的位置上先行穿孔，若是垂直锯切要穿一个垂直、一个水平互为直角且相贯通的孔。孔径为40-70mm。垂直孔可用钻机进行，水平孔则要用水平导槽式凿岩机，该机可穿略高于地面&’% 的孔，可利用设备上的标杆确保与垂直孔准确贯通。
套索：当两个穿绳孔贯通后，将串珠式金刚石绳穿入垂直孔，从水平孔中以金属钩掏出，将串珠式金刚石绳对接成无极环状，套在金刚石锯机的驱动轮上。将金刚石绳索撑开，使二个导向轮与两个贯通的孔应在同一平面上，方向正确，不能偏斜。锯切：按照操作要求和步骤进行锯切作业。

（2）下压式锯切法
此法亦称压索锯切法。其实质是串珠式金刚石绳由锯机的驱动绳轮带动运转，借助于多用钻机或切割工作立柱之压绳轮，在孔中下压绳索实现锯切进给。切割曲线被工作面长度限定。其长度、曲率半径变化不是十分悬殊，被切割的岩石处于串珠式金刚石绳之下方。此法只适用于工作面的开采切割，不能进行石材分割后的整形切割。
此法在作业过程中必须与多用钻机或切割工作立柱配合使用。且只能进行垂直切割。

根据其配用的机具不同，可有如下几种方式：
1.与一台多用钻机或切割工作立柱配合切割
当切割台阶前面场地开阔，适宜安置金刚石锯机，工作台阶上只须钻一个孔，即可与钻机配合进行切割。如图1-37所示。当矿体具有天然层理面时，使用此法更为合适。

2.与二台多用钻机或切割工作立柱配合切割
当台阶长度足够，须锯如平行于台阶坡顶线的切割面时，可配用二台钻机工作。此时钻机与锯机成一直线布置。如无堑沟则须钻二个孔，安装两台钻机即可配合工作。如图1-38所示。如有堑沟，即可将钻机（或切割工作立柱）置于堑沟中，即可配合工作。

下压式锯切法其工艺为：钻孔-锯切。由于此法只须穿垂直孔，不需穿水平孔，故无穿索工艺。

操作技术
（1）切割曲线弧度的控制
当采用环式切割时，切割曲线长度、曲率半径由大而小地不断变化，绳索的弯曲应力也随之而变。联想而及，钢绳的弯曲应力与卷筒直径和钢绳直径之比有关。用卷筒直径D与钢绳直径d之比，即D/d <=60时，随着 D/d的减小将引起钢绳弯曲应力的急剧增大。
对串珠式金刚石绳而言，其直径为4-5mm，尽管在金刚石锯机设计中，已考虑到绳索的柔性和弯曲应力的最大值。但锯切过程中岩石的尖锐棱角、坚硬的包裹体等与绳索接触时难免会产生较大的冲击应力，尤其是在切割曲线弧度很大时，绳索的过大弯曲将使弯曲应力急剧增加。这将导致断绳事故的发生。断绳之后，将使五个串珠散落丢失，增加开采成本。为此，切割曲线弧度的合理控制有着重要的意义。

通常可采取如下措施：
在垂直切割巨大岩体时，应先将岩石的尖锐棱角加以处理；套索时让绳索由锯机驱动绳轮出来后，自然张开通向岩体顶部，锯机前上部导向轮堑可不用。在水平锯切时，初期阶段绳索围包着四个棱角，可增加一个辅助导向轮将绳索张开，减小钢绳弯曲应力的增大。
当锯切面距岩石边缘30cm 左右时，应停止锯切，以免绳索因弯曲半径过小弯曲应力增加，使用寿命缩短。
锯机与工作面的初始距离，能以张紧锯索为度，但不宜过度张紧，以免启动时困难和损坏串珠。

（2）进给速度的控制
进给速度对锯切效率和串珠的磨耗量有着很大关系。而进给速度与锯机驱动绳轮线速度和其在导轨上后移速度有关。绳索的张紧程度保证了锯割时的必须压力，在保证锯割压力前提下，还应考虑钢绳的应力的增加，应力过大时钢绳易断。因为锯割压力的增加必然增大钢绳的牵引力。在锯割压力恒定时，增大钢绳的牵引速度，能提高锯切效率，也会增加钢绳的应力。反之，锯割压力太小时，切割效率也小，也是不可取的。绳索线速度对锯切效率有很大影响，速度大切割力大，则锯切效率高。但过大会使冷却条件不好，反而又使功耗增大、金刚石过快磨损、温度升高。因此有个合理速度。这与锯机性能、绳索质量、石材硬度等因素有关。并且在不同的锯切阶段速度也有所不同。通常开始锯切阶段，进给速度为正常进给速度的3/4，当锯缝深达100mm 以上，锯切曲线比较圆滑时，即可增加进给速度达到正常值。锯切结束阶段速度应降低。操作时密切监视控制仪表。使压力值处于锯切的最佳状态，对于电子自控金刚石锯机，可实现自动控制，工作是比较可靠的。

（3）给水量的控制
锯切过程中要不断给水，给水除起着冲刷、排除锯缝中泥浆的作用外，还起着冷却金刚石绳以提高使用寿命的作用。因为金刚石是碳元素组成的，受热会使其物理性能降低，当温升达950摄氏度左右时，它即被氧化（细粉金刚石燃烧可生成二氧化碳），失去锯切能力。所以冷却水足够量及其正确供给是提高锯切质量，降低绳索磨损的重要保证。
冷却水一般每分钟不少于15Ｌ，水的质量也很重要，最好使用无沉淀物的软水，特别是在锯切能产生粘着性磨蚀性泥浆的石材更应如此。加水时，应使水流从入绳方向对着锯缝注入。

3.维护与安全
（1）定期检查锯索的接头及其他部件的完好情况，驱动绳轮导轨应保持清洁，及时用汽油擦洗，不必使用润滑油，以免岩粉粘附。
（2）每四个月换油一次。
（3）定期进行检修，半年小修一次，两年大修一次。