一种在矿坑内开采具有粗糙表面石板的方法

摘要

本发明提供一种在矿坑内开采具有粗糙表面石板的方法，该方法包括：1.选择待开采岩体；2.刻凿双向孔和凹槽；3.形成后劈裂面；4.形成前劈裂面；5.划线痕和刻凿单向孔；6.劈裂面继续扩展直至完成大块石板劈裂；7.刻凿细槽线并将大块石板截成小块石板。本发明无需开采大块荒料，然后再制成具有粗糙面的石板，而是在采石场现场直接开采具有粗糙表面的石板，不仅高效、成板率高，而且节能、环保，经济效益和环保效益显著。

权利要求

1.一种在矿坑内开采具有粗糙表面石板的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤100，在采石场的矿坑内选择适合开采石板的工作面，并根据现场地质条件确定待开采石板的劈裂方向，根据石板劈裂方向选定后壁面、前壁面；

步骤200，在后壁面所在边墙的墙脚附近刻凿一排双向孔，分别朝向前、后壁面，同时在工作面其它三个边墙的墙脚处各刻凿一条凹槽，三条凹槽连通，作为待开采石板劈裂的边界；

步骤300，在所述双向孔的朝向后壁面的孔内，插入钢钎并逐一敲击，使孔底处形成一条朝向后壁面并向左右两侧扩展的基本平行于工作面的后劈裂面；

步骤400，在所述双向孔的朝向前壁面的孔内，插入钢楔并逐一敲击，使孔底处形成一条朝向前壁面并向左右两侧扩展的基本平行于工作面的前劈裂面；

步骤500，根据所需求的石板尺寸，在工作面上顺着石板的劈裂方向画若干条间隔一定距离的直线痕，并在直线痕上刻凿若干间隔一定距离的单向孔；其中，步骤500相对于前述的步骤200，步骤300，以及步骤400，无先后顺序限制；

步骤600，在所述单向孔中依次插入钢楔，连续敲击使钢楔挤紧单向孔孔端形成底部劈裂面，底部劈裂面向前壁面及左右两侧扩展，直至所有底部劈裂面相互贯通，并与后劈裂面和前劈裂面贯通，最终一张具有粗糙表面的大块石板被整体劈裂下来。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双向孔的孔口平面基本呈椭圆形，立面呈X型，朝向后壁面的孔、朝向前壁面的孔分别与工作面之间具有30-50°的夹角。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双向孔的深度与待开采石板的厚度相同，双向孔的中心距离后壁面边墙20-40cm。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述待开采石板的厚度为6cm～10cm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤300敲击钢钎之前，先使用若干根钢撑，将钢撑的一端支撑住后壁面，另一端支撑在后壁面墙脚下，下端垫有垫片，如此起到压脚的作用，在形成前劈裂面的时候，防止后劈裂面脱离母体。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤500中，每一条直线痕上，所述单向孔在靠近后壁面时相对密集布置，单向孔之间距离为30-50cm，靠近前壁面时相对稀疏布置，单向孔之间距离为1-3m。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤600中，以羊角锤敲击所述单向孔中的钢楔，敲击顺序是沿每一条直线痕逐次敲击3-5个相邻单向孔中的钢楔，直至该3-5个相邻单向孔的劈裂面贯通。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，羊角锤敲击所述单向孔中的钢楔的方向与劈裂面之间有10-30°的夹角，该夹角初始时为20-30°，随着劈裂的扩展，单向孔中的钢楔插入到劈裂面中，该夹角为10-15°。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还具有步骤700，在已经劈裂下来的大块石板上沿着所述直线痕和垂直于所述直线痕刻凿细槽线，沿着细槽线把所述大块石板截成小块石板。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述细槽线通过所述单向孔。

说明书

一种在矿坑内开采具有粗糙表面石板的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及矿业开采领域，尤其涉及一种在矿坑内直接开采具有粗糙表面石板的方法。

背景技术

[0002] 随着建筑业的发展，石材开发和应用规模不断扩大。如今，大块荒料石材的开采方法主要包括爆破法(如膨胀剂静态爆破)、切割法(如水刀切割、绳锯切割、链臂锯切割、火焰)、刻槽劈裂法(即由方便易行的刻槽工具与静态液压致裂机组成)。上述开采方法各有其特点，在不同的开采条件下选择不同的开采方法。一般情况下，这些开采方法所使用的机械设备成本高、耗水耗电，且对环保和生态造成一定的危害。

[0003] 另一方面，石板越来越多地应用于各种建筑，比如城市步行街、景区路面、墙面装饰。由于防滑、仿古作旧或者装饰效果的需要，这些石板需要被加工成粗糙的表面。石板从大块荒料切割出来后，其表面比较光滑。如果要求石材表面有一定的粗糙度，则需要对上述所切割的石板进一步进行人工加工。

[0004] 现有的石板表面粗糙方法包括机械切割、槌(凿)击、加热烧毛、喷砂、酸洗等方法。机械切割就是直接用圆盘锯、砂锯或桥切机等设备切割荒料石材制得石板，这样的石板表面粗糙，但是带有明显的机切纹路。槌(凿)击方法就是用人工或机械槌(凿)击石板表面，以达到不同程度的粗面加工目的。加热烧毛就是高温加热石板后快速冷却导致石板表面粗糙。喷砂就是用河沙或金刚砂冲刷石材表面，形成具有磨砂效果的装饰面。酸洗就是用强酸腐蚀石板表面，使其具有小的腐蚀痕迹。这些方法都有一些问题，或者会产生噪音，或者耗水耗电，或者污染环境。

[0005] 总之，在开采大块荒料、将大块荒料切割成石板、将石板表面粗糙的过程中都会产生噪音、耗水耗电，甚至污染环境。

发明内容

[0006] 本发明针对目前开采和制作石板过程中容易产生噪音、耗水耗电、污染环境等问题，提供一种在采石场直接开采具有粗糙表面石板的方法，相对于以往由大块荒料经过机械切割、槌(凿)击等，该方法无需机械，无需大量耗电，经济、高效且环保，相对于以往的加热烧毛、喷砂、酸洗等方法制作粗糙面石板的现行技术而言，该方法直接在采石场采用劈裂开采，无需在开采后再另行加工成粗糙面，且开采出的石板的表面粗糙度能够满足要求，可以解决原有荒料开采方式和石板加工方式易破坏环境、损耗大等问题。

[0007] 本发明的技术方案是：一种在矿坑内开采具有粗糙表面石板的方法，包括以下主要步骤：

[0008] 步骤100，在采石场的矿坑内选择适合开采石板的工作面，并根据现场地质条件确定待开采石板的劈裂方向，根据石板劈裂方向选定后壁面、前壁面；

[0009] 步骤200，在后壁面所在边墙的墙脚附近刻凿一排双向孔，分别朝向前、后壁面，同时在工作面其它三个边墙的墙脚处各刻凿一条凹槽，三条凹槽连通，作为待开采石板劈裂的边界；

[0010] 步骤300，在所述双向孔的朝向后壁面的孔内，插入钢钎并逐一敲击，使孔底处形成一条朝向后壁面并向左右两侧扩展的基本平行于工作面的后劈裂面；

[0011] 步骤400，在所述双向孔的朝向前壁面的孔内，插入钢楔并逐一敲击，使孔底处形成一条朝向前壁面并向左右两侧扩展的基本平行于工作面的前劈裂面；

[0012] 步骤500，根据所需求的石板尺寸，在工作面上顺着石板的劈裂方向画若干条间隔一定距离的直线痕，并在直线痕上刻凿若干间隔一定距离的单向孔；其中，步骤500相对于前述的步骤200，步骤300，以及步骤400，无先后顺序限制；

[0013] 步骤600，在所述单向孔中依次插入钢楔，连续敲击使钢楔挤紧单向孔孔端形成底部劈裂面，底部劈裂面向前壁面及左右两侧扩展，直至所有底部劈裂面相互贯通，并与后劈裂面和前劈裂面贯通，最终一张具有粗糙表面的大块石板被整体劈裂下来。

[0014] 优选地，所述双向孔的孔口平面基本呈椭圆形，立面呈X型，朝向后壁面的孔、朝向前壁面的孔分别与工作面之间具有30-50°的夹角。

[0015] 优选地，所述双向孔深度同待开采石板的厚度，双向孔的中心距离后壁面边墙20-40cm。

[0016] 优选地，所述待开采石板的厚度为6cm～10cm。

[0017] 优选地，步骤300敲击钢钎之前，先使用若干根钢撑，将钢撑的一端支撑住后壁面，另一端支撑在后壁面墙脚下，下端垫有垫片，如此起到压脚的作用，在形成前劈裂面的时候，防止后劈裂面脱离母体。

[0018] 优选地，步骤500中，每一条直线痕上，所述单向孔在靠近后壁面时相对密集布置，单向孔之间距离为30-50cm，靠近前壁面时相对稀疏布置，单向孔之间距离为1-3m。

[0019] 优选地，步骤600中，以羊角锤敲击所述单向孔中的钢楔，敲击顺序是沿每一条直线痕逐次敲击3-5个相邻单向孔中的钢楔，直至该3-5个相邻单向孔的劈裂面贯通。

[0020] 优选地，羊角锤敲击所述单向孔中的钢楔的方向与劈裂面之间有10-30°的夹角，该夹角初始时为20-30°，随着劈裂的扩展，单向孔中的钢楔插入到劈裂面中，该夹角为10-15°。

[0021] 优选地，还具有步骤700，在已经劈裂下来的大块石板上沿着所述直线痕和垂直于所述直线痕刻凿细槽线，沿着细槽线把所述大块石板截成小块石板。

[0022] 优选地，所述细槽线通过所述单向孔。

[0023] 本发明的有益效果：

[0024] (1)本发明无需开采大块荒料然后切割成石板，而是在采石场直接开采出石板，不仅高效、成板率高，而且无需大量耗电，经济、高效且环保。

[0025] (2)本发明获得的石板是张拉导致劈裂的，除最上层石板外，劈裂出来的每一层石板本身就具有上下两个粗糙表面，适于防滑、仿古作旧或者装饰效果的需要，无需特意加工成粗糙面，且开采出的石板的表面粗糙度能够满足要求。

[0026] (3)本发明所开采石板的厚度范围在6cm-10cm之间，最厚可达20cm，由双向孔的刻凿深度决定，石板粗糙面的起伏度约2cm，石板厚度和粗糙度满足大部分生产生活需要。

[0027] (4)本发明开采石板的方法，无需大型机械化操作，具有较强的场地适应性，既可以在露天采石场，也可以在地下洞室，不受开采作业面大小的限制。

[0028] (5)本发明开采石板的方法工艺简单，可操作性强，并且一次性所开采的大块石板面积可以根据实际需要从几平方到上百平方不等，最大甚至能达到上千平方；

[0029] (6)本发明可以仅由人工方式实现石板开采，可以在无法通电的矿坑使用；对于凹槽、双向孔、单向孔、细槽线等也可以由小型机械刻凿辅助成型，以减少人力。

[0030] (7)本发明开采完成一张大块石板后，可再按照需要分割截成小块石板，小块石板的面积可以不相同。

附图说明

[0031] 图1是本发明在现场开采大面积石板的示意图；

[0032] 图2(a)、(b)是本发明开采石板所用到的工具图；

[0033] 图3(a)是本发明步骤100(即选择待开采岩石)的平面图，(b)是c-c’剖面图；

[0034] 图4(a)是本发明步骤200(即刻凿双向孔和凹槽)的平面图，(b)是c-c’剖面图；

[0035] 图5是本发明双向孔的平面和a-a’剖面示意图(单位：mm)；

[0036] 图6(a)是本发明步骤300(即形成后劈裂面)的平面图，(b)是c-c’剖面图；

[0037] 图7(a)是本发明步骤400(即形成前劈裂面)的平面图，(b)是c-c’剖面图，图中未示出后劈裂面；

[0038] 图8(a)是本发明步骤500(即直线痕和刻凿单向孔)的平面图，(b)是c-c’剖面图，图中未示出后劈裂面和前劈裂面；

[0039] 图9是本发明单向孔的平面和b-b’剖面示意图(单位：mm)；

[0040] 图10(a)是本发明步骤600(即劈裂面继续扩展直至完成石板劈裂)的平面图，(b)是c-c’剖面图，图中未示出后劈裂面和前劈裂面；

[0041] 图11(a)是本发明步骤700(即刻凿细槽线)的平面图，(b)是c-c’剖面图；

[0042] 图12是利用本发明在矿坑内开采石板的成果图(已由细槽线截成小块石板)；

[0043] 图13是利用本发明开采出的石板的表面粗糙度分析图。

[0044] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。其中附图标记说明：

[0045] 1-钢钎        2-铁锤       3-羊角锤      4-锄头耙      5-铁锨[0046] 6-扫帚        7-钢楔       8-钢撑        9-垫片        10-薄竹片[0047] 11-后壁面     12-前壁面    13-双向孔     14-凹槽       15-后劈裂面[0048] 15′-前劈裂面  16-单向孔    17-直线痕     18-待开采岩石 19-底部劈裂面[0049] 20-大块石板   21-细槽线    22-小块石板   23-工作面

具体实施方式

[0050] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

[0051] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括/包含”、“由……组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

[0052] 本发明选择浙江省沿海某废弃采石场，利用该方法进行现场采石板试验。试验场地的地层为距今约2亿年的上侏罗统d段的火山喷溢期堆积的酸性熔岩。经光薄片鉴定和XRD、XRF测试，岩性主要是熔结凝灰岩和流纹岩。试验场地的地层以刚性岩类(火山岩)为主。在长期地应力的作用下，变形以发生断裂为主，褶皱构造不发育。另外，试验场地没有区域性大断裂通过，节理面绝大多数平直、闭合、无充填物。节理长度一般为4-10m，个别可达50m。节理间距较大，一般5-10m。节理以陡倾角者居多。另外，岩石的单轴抗压强度为67MPa(饱和)至100MPa(干燥)。岩体属于二级围岩，Q值大于100，属于稳定性极好的围岩。

[0053] 参见图1所示，为开采大块石板20的整体示意图，其关键步骤是通过敲击单向孔16中的钢楔7产生新的劈裂面15(或称造成劈裂面扩展)，最终获得一张大块石板20。图2为开采石板所用到的工具。现场具体开采工作如下：

[0054] 步骤100，如图3所示，在试验场地选择适合开采石板的工作面23，试验场地可以是露天采石场或地下采石场的矿坑，并根据现场地质条件确定待开采石板的劈裂方向，根据石板劈裂方向选定后壁面、前壁面。

[0055] 步骤200，如图4所示，在后壁面11所在边墙的墙脚刻凿一排双向孔13，双向孔13有两个方向，分别朝向前、后壁面，刻凿双向孔可采用铁锤敲击钢钎的方式完成，双向孔13的形状、尺寸见图5所示，孔口平面近似呈椭圆形，立面呈X型，优选孔口长10cm，宽5cm，相邻孔中心距10cm，深度与待开采石板的厚度相同，一般取6-10cm，优选为7cm。

[0056] 双向孔的中心距离后壁面边墙20-40cm，最佳为30cm。

[0057] 进一步地，所述双向孔朝向后壁面的孔、朝向前壁面的孔与工作面之间具有30-50°的夹角，优选为40-45°，如此在敲击钢钎时能够更利于形成与工作面一致的劈裂面。

[0058] 同时在工作面其它三个边墙的墙脚处各刻凿一条贯通的凹槽14，作为待开采石板开裂的边界；凹槽14为U型槽，宽度为5cm，深度为5cm。

[0059] 所述待开采石板的厚度一般为6cm～10cm，可满足使用需要，最厚可达20cm。

[0060] 步骤300，如图6所示，在所述双向孔13的朝向后壁面11的孔内，插入钢钎1，钢钎1头部朝向后壁面11，用铁锤2敲击钢钎1，使双向孔13孔底处形成一条朝向后壁面11的基本平行于工作面的劈裂面，即后劈裂面15。

[0061] 铁锤顺着钢钎的轴线方向敲击，敲击方向与劈裂面之间有大约45°的夹角。

[0062] 敲击钢钎时最好事先将钢撑8的一端支撑住后壁面，另一端支撑在后壁面墙脚下，下端垫着垫片9，钢支撑和垫片的作用是压脚，在形成前劈裂面的时候，防止后劈裂面脱离母体。

[0063] 步骤400，如图7所示，在所述双向孔的朝向前壁面的孔内，插入钢楔7并逐一敲击，使孔底处形成一条朝向前壁面的基本平行于工作面的劈裂面，即前劈裂面15’。

[0064] 插入钢楔7之前先用薄竹片10将双向孔13内的碎石渣清除，用铁锤2或羊角锤3逐一敲击钢楔7，使双向孔13孔端前方形成平行于工作面23的前劈裂面，长度大约25cm。

[0065] 形成后劈裂面和前劈裂面是石板劈裂成功与否的关键，一般由经验丰富的工匠完成。

[0066] 刻凿完成后，用锄头耙4把刻凿双向孔13、凹槽14产生的大块碎石渣归拢到一起，再用扫帚6清扫小块碎石渣，用铁锨5铲走。

[0067] 步骤500，如图8所示，根据所需求的石板尺寸，在工作面上顺着石板的劈裂方向画若干条间隔一定距离的直线痕17，并在直线痕上刻凿若干间隔一定距离的单向孔16；其中，步骤500相对于前述的步骤200，步骤300，以及步骤400，无先后顺序限制，即画直线痕17和刻凿单向孔16可放在步骤200之前，也可放在步骤300之前，或者放在步骤400之前，并无严格的先后限制，根据现场作业面大小、不同工种工人的配置情况等灵活调整。

[0068] 画直线痕17可由墨斗、粉笔、岩块在工作面上顺着石板的劈裂方向刻画。

[0069] 单向孔16在岩石内朝向前壁面倾斜，其深度与双向孔相同，孔的形状、尺寸如图9所示，孔口平面近似呈锥形，立面呈鸭嘴型，优选孔口长10cm，宽8cm，在工作面以下孔长6cm，深度与待开采石板的厚度相同，一般取6-10cm，本实施方式优选为7cm。单向孔的刻凿位置和刻凿数量不固定，总体原则是靠近后壁面时单向孔多，此时两个单向孔之间的距离一般在20-50cm不等，本实施方式选择30cm合适，靠近前壁面时单向孔少，此时两个单向孔之间距离可达1-3m，本实施方式选择1m合适。

[0070] 刻凿完成后，用锄头耙4把刻凿单向孔16产生的大块碎石渣归拢到一起，再用扫帚6清扫小块碎石渣，用铁锨5铲走。

[0071] 步骤600，用薄竹片10将单向孔16内的碎石渣清除，在单向孔16中依次插入钢楔7，如图10所示，用羊角锤3连续敲击使钢楔挤紧单向孔孔端形成底部劈裂面19，劈裂面向前壁面及左右两侧扩展，直至一张大块石板20被整体劈裂下来。

[0072] 一般钢楔7分为大、小两种规格(如图2(b)所示)，步骤600中所使用的钢楔7的尺寸大于步骤400中的钢楔7的尺寸。

[0073] 用羊角锤3敲击单向孔16中钢楔7的顺序不是固定敲击一个单向孔16中的钢楔7直至劈裂面扩展到下一个单向孔16，而是逐次敲击3-5个相邻单向孔16中的钢楔，直至这3-5个相邻单向孔16的劈裂面贯通。

[0074] 劈裂面扩展位置可以用铁锤2敲击待开采岩石18的岩面，通过敲击声的音调高低来判断敲击点下方的岩面是否劈裂：敲击声为“咚咚”的虚声表示石板下方岩面已经开裂，敲击声为 的实声表示石板下方岩而尚未劈裂或未完全劈裂。

[0075] 羊角锤敲击所述单向孔中的钢楔的方向与劈裂面之间有10-30°的夹角，该夹角初始时为20-30°，随着劈裂的扩展，钢楔倾斜程度逐渐加大，单向孔中的钢楔插入到劈裂面中，此时该夹角为10-15°。

[0076] 被整体劈裂下来的大块石板20呈矩形或近似矩形，且以长方形居多，也可呈圆形或扇形。矩形大块石板长、宽与试验场地的长、宽相差不大，本发明中是6m×4m。

[0077] 进一步参见图11，根据需要，在已经劈裂下来的大块石板20上沿着所述直线痕17和垂直于所述直线痕刻凿细槽线21，沿着细槽线把所述大块石板截成小块石板22。细槽线21尽量通过单向孔16。具体做法是采用钢钎，把钢钎尖端放置在所述细槽线上，用铁锤轻敲钢钎，使得所述大块石板沿着细槽线分割成若干小块石板，则石板开采工作完成。

[0078] 前述的凹槽、双向孔、单向孔、细槽线，可由手工通过铁锤敲击钢钎的方式刻凿，也可借助电动工具辅助完成刻凿工作。

[0079] 最终得到的石板，除了最上层石板的上表面外，下层的每一层石板的上下表面都由于劈裂而具有粗糙表面，大块石板20和小块石板22表面的粗糙度一样，经过测量，石板表面的起伏度为2cm(如图13所示)。

[0080] 重复上述步骤100～步骤700，使石板开采继续进行。

[0081] 通过以上描述可知，借助实际工程，在某具体的废弃采石场采用本发明的开采方法，无需大型机械，无需大量耗电，经济、高效且环保，不受开采作业面大小的限制，无需在开采后再另行加工成粗糙面，开采出的石板的表面粗糙度能够满足要求，具有较强的实用性、可操作性，以及现实的环保和经济价值。

[0082] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。