大理石開采可以分為露天開采和地下開采兩大類。我國不僅石材資源豐富,而且多出露于地表,剝離量較少,大理石開采基本上是采用露天開采。
01
開采方法
露天開采是從礦體表面開掘露天溝道,并開創(chuàng)出開采工作面,把荒料從工作面開采出來。
根據(jù)礦床埋藏的地形條件,位于采場地表最低水平以上的稱山坡露天礦,開采的荒料及廢石是下放式運輸。位于采場地表最低水平以下的稱凹陷露天礦,開采的荒料及廢石是上提式運輸。
采礦過程可以分為開拓運輸、剝離、采礦三個部分。
大理石礦床的開拓是開辟礦山工業(yè)場區(qū)到采場內(nèi)各工作臺階之間的運輸通路及到廢石場的運輸通路。
開拓運輸系統(tǒng)擔(dān)負著將荒料從采場工作面運到荒料堆場或轉(zhuǎn)運站;將廢石、覆蓋土運到廢石場;將設(shè)備、工具、材料和工作人員運到采場各工作面。
中國大理石礦山常用的開拓運輸方式有公路開拓單一汽車運輸、斜坡卷場臺車開拓運輸、桅桿吊配汽車聯(lián)合開拓運輸、纜索起重機開拓運輸、溜槽開拓運輸?shù)?。開拓運輸方法的選擇取決于礦體賦存條件、礦山規(guī)模及經(jīng)濟因素。
剝離工作主要是剝掉大理石礦體上的覆蓋土、風(fēng)化層,剝掉夾層、圍巖以及因節(jié)理裂隙發(fā)育而無開采價值的破碎大理石,使大理石礦體暴露出來,為采礦工作做好準備。應(yīng)當特別注意對礦體的保護,不允許爆破震動對石材的完整性、成塊性造成影響。
對松軟的剝離巖土,可直接進行挖掘后裝車運走;對硬度較高的剝離巖體可采用具有保護措施的爆破方法進行松動和破碎,然后挖掘裝車運走。對小型大理石礦山可采用手推車或窄軌礦車,人工裝車、人工推運方式;對規(guī)模較大的礦山一般采用機械裝載和汽車運輸。
采礦工作的目的是最終得到符合要求的大理石荒料。采礦工藝可以分為六個步驟:分離—頂翻—解體分割—整形—裝載—清碴。
分離工序是基本工序,根據(jù)使用設(shè)備和方法的不同可以分為多種類型,如楔裂分離、鉆排眼楔裂分離、鉆眼膨脹劑分離、鑿巖控制爆破分離、普通鋼繩鋸分離、金鋼石串珠鋸分離、鏈式鋸石機分離、圓盤式鋸石機分離、聯(lián)合分離。
根據(jù)礦體完整程度和節(jié)理裂隙的分布情況,從巖體上分離的條狀塊石尺寸一般長5~20m、寬1~3m、高3~5m。
頂翻工序是將條狀塊石翻倒便于下續(xù)操作。常用設(shè)備和方法有手動千斤頂、液壓頂石機、氣壓頂石包及牽引方法。
解體工序是將已翻倒的條狀塊石按需要的規(guī)格分割成荒料,常用機械切割或楔裂方法。整形工序是將已成形的荒料進行修整去掉多余的邊角、凸突部分。常用手工鑿打、手持式鑿巖機、整形機等工具。
裝載工序是把符合要求的成品荒料裝運至加工廠或直接進入市場。常用桅桿吊、車載起重機、前端式裝載機吊裝,載重汽車或其他運輸工具運輸。
清碴工序是在荒料運走后將所余廢石從采場清走。常用推土機、裝載機、汽車等,小型礦山常用人工裝載,手推車運輸,將廢碴運往廢石場或綜合利用。
02
技術(shù)要求
大理石礦山規(guī)模及服務(wù)年限要求:年產(chǎn)荒料量大于10000m3,服務(wù)年限在30a以上;年產(chǎn)荒料5000~10 000m3,服務(wù)年限25~30a;年產(chǎn)荒料3000~5000m3,服務(wù)年限20~25a;小于3000m3,服務(wù)年限20a以下。
1、采礦場臺階高度
采用鉆眼劈裂或控制爆破法,臺階高度3~5m;
金剛石串珠鋸分離法,臺階高5~10m;
普通鋼繩鋸分離,臺階高2~6m。臺階坡面角一般為90°。
2、工作線長度
楔裂開采15~60m;
鋼繩鋸開采20~80m;
鑿巖控制爆破法開采60~120m;
最小工作平臺寬度為20~25m。
03
大理石加工技術(shù)
大理石屬易加工石材,在中國有悠久的加工使用歷史,但幾千年來主要是手工雕鑿,近幾十年來雖然有了機械加工,也僅是簡單的鋸、切、磨小規(guī)模的加工生產(chǎn)。
至本世紀80年代才逐步實現(xiàn)大規(guī)模自動化生產(chǎn)。目前中國既有先進的全自動生產(chǎn)線,也有半手工操作小型大理石加工廠。
1、大理石類飾面石材礦床勘探類型
大理石類飾面石材礦床勘探劃分為三種類型:
1)、Ⅰ類勘探類型礦床礦體長度大于1000m,形態(tài)簡單,品種單一或主要品種分布規(guī)則,不含或少含不連續(xù)夾石,構(gòu)造簡單,節(jié)理裂隙發(fā)育情況簡單,不含或少含后期脈巖,巖溶不發(fā)育,屬于此類型礦床有北京房山高莊大理石(白云大理巖)礦、浙江杭州石龍山大理石(石灰?guī)r)礦。
2)、Ⅱ類勘探類型礦床礦體長度500~1000m,形態(tài)較簡單或主要品種分布欠規(guī)則,或含較少的連續(xù)夾石,構(gòu)造較簡單,節(jié)理裂隙發(fā)育情況較簡單,含較少后期脈巖,巖溶不發(fā)育,屬于此類型礦床有陜西潼關(guān)玉石峪大理石(蛇紋石化大理巖)礦、山東萊州黃山后大理石(白云大理巖)礦。
3)、Ⅲ類勘探類型礦床礦體長200~500m,形態(tài)較復(fù)雜或主要品種分布較復(fù)雜,含較多的不連續(xù)夾石,構(gòu)造較復(fù)雜,含較多后期脈巖,巖溶較發(fā)育,屬于此類型礦床有遼寧二道溝丹東綠(蛇紋巖)礦。
2、大理石類飾面石材礦床勘探研究程度的要求
首先,應(yīng)在區(qū)域調(diào)查、礦產(chǎn)普查的基礎(chǔ)上,與工業(yè)、設(shè)計部門配合,通過分析比較,選擇區(qū)域內(nèi)出露條件好、構(gòu)造簡單、技術(shù)經(jīng)濟條件好的礦床(礦區(qū))進行勘探。
1)、區(qū)域地質(zhì)研究
應(yīng)在盡可能搜集前人資料的基礎(chǔ)上,研究區(qū)域所屬大地構(gòu)造位置,區(qū)域內(nèi)陸層、巖漿巖和變質(zhì)巖的特征及其分布,區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造,礦層(礦體)賦存層位,礦床(礦區(qū))所處區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的位置、成礦及控礦因素,飾面石材礦及其他礦產(chǎn)在區(qū)域內(nèi)的分布等。為研究礦區(qū)地質(zhì)提供必要的資料,為企業(yè)合理布置提供可能的資料和提供遠景資源方向。
2)、礦床(礦區(qū))地質(zhì)研究
為評價礦床(礦區(qū))和開發(fā)利用礦山資源提供必須的基礎(chǔ)資料。對大理石礦體主要研究內(nèi)容為礦體的賦存層位、礦體數(shù)量、空間分布;各礦體的形態(tài)、厚度、延展情況及其變化規(guī)律。
研究礦石品種及其賦存情況、變化情況和規(guī)律;不同品種礦石的主要礦物成分及其含量、結(jié)構(gòu)、顏色的變化情況與規(guī)律;礦石中雜質(zhì)的種類、形態(tài)、大小、數(shù)量、分布規(guī)律和密集區(qū),它們對板材加工和板材質(zhì)量的影響。
研究礦石的體重、吸水率、抗壓強度、耐磨性、光澤度及抗凍性。研究夾石的種類、形態(tài)、厚度、延展情況、產(chǎn)狀、數(shù)量、分布情況和規(guī)律。研究礦體中節(jié)理裂隙、層面的性質(zhì)、產(chǎn)狀、分布情況和規(guī)律。
礦體中析離體、殘留體、捕虜體、細脈體等色斑色線的種類、形態(tài)、大小、數(shù)量、產(chǎn)狀、分布情況和規(guī)律,以及對荒料塊度和荒料率的影響,并應(yīng)通過圖解方法和試采方法統(tǒng)計和計算。
研究并控制礦區(qū)內(nèi)影響和破壞礦體的褶皺、斷層、破碎帶的性質(zhì)、產(chǎn)狀、分布情況和規(guī)律。研究覆蓋層、風(fēng)化層的性質(zhì)、厚度、分布情況和規(guī)律,風(fēng)化作用對荒料的影響。研究巖溶種類、形態(tài)、產(chǎn)狀、規(guī)模、發(fā)育程度、分布情況和規(guī)律,巖溶充填情況和充填物。
對大理石礦床(礦區(qū))地質(zhì)勘探研究程度應(yīng)與所探求的儲量級別相一致,對于不同建設(shè)規(guī)模的石材礦山要求勘探的各級儲量比例。對于年產(chǎn)荒料在1萬m3以上的大型石材礦山,可根據(jù)建設(shè)單位需要探求保證首采3~5a所需的B級儲量。
3)、礦石加工技術(shù)性能研究
應(yīng)根據(jù)設(shè)計部門的要求測試研究礦石的技術(shù)性能。一般包括礦石在鋸、磨、拋光、切等方面的技術(shù)性能及光澤度、板材率。
4)、礦山開采技術(shù)條件研究
應(yīng)對礦區(qū)進行水文條件研究、工程地質(zhì)條件研究、地震地質(zhì)研究。
3、大理石類飾面石材礦床勘探工程間距
1)、各勘探類型石材礦床的勘探工程間距
對部分大型礦山需要探求B級儲量時,其工程間距較C級加密1倍。
2)、勘探工程布置原則
當?shù)V體沿走向與傾斜的變化程度不一樣時,則沿變化程度大的方向,其勘探工程應(yīng)相應(yīng)較密。同一類勘探類型礦床中,偏復(fù)雜的礦床應(yīng)采用較密的工程間距。
對于覆蓋層和風(fēng)化層,應(yīng)視情況加密勘探工程(勘探剖面上和勘探剖面間)。
礦區(qū)較小時其勘探剖面不少于3條。
Ⅰ勘探類型礦床,在地表用B級儲量的勘探工程密度控制條件下,也可不用深部工程控制,可自地表下推不超過30m范圍內(nèi)計算C級儲量。
04
大理石類飾面石材礦床勘探工作要求
勘探工作需作區(qū)域地質(zhì)調(diào)查(比例尺一般為1/5~1/20萬);礦區(qū)地形地質(zhì)測量(比例尺一般為1/2000,如礦區(qū)面積小時,可測量1/1000圖件);礦區(qū)節(jié)理裂隙發(fā)育程度圖;當?shù)V體覆蓋層及風(fēng)化層厚度大于2m時,需編制其等厚度圖;荒料率測定點素描圖,比例尺一般為1/50。
探礦手段應(yīng)盡可能利用地表探礦工程(主要是槽探、剝土工程和淺鉆)對礦體進行系統(tǒng)揭露和研究。槽探、剝土、淺鉆必須穿過風(fēng)化、半風(fēng)化帶達到新鮮基巖;鉆探的礦心(包括礦體中的夾石)采取率按連續(xù)5m計算不低于80%,并應(yīng)保持礦心完整;巖心采取率不低于70%。
凡具備物探前提的礦區(qū),應(yīng)進行物探。用以結(jié)合其他探礦工程確定覆蓋層、風(fēng)化層分布,確定圍巖與礦體的界線,確定斷層、破碎帶等地質(zhì)構(gòu)造和巖溶分布情況。
根據(jù)普查的放射性測量成果,如礦石的放射性照射率接近40r時,應(yīng)進行伽馬測量,并盡可能對天然露頭和人工露頭做伽馬編錄。
對礦石應(yīng)作品種鑒定,采未風(fēng)化的新鮮礦石,顏色、花紋能反映該品種特征,成材面的規(guī)格為10cm×5cm,選取不小于10%的基本樣加工拋光,與拋光標準樣對比劃分品種。
對礦石樣品還需作巖礦鑒定、物理性能測試(體重、吸水率、抗壓強度、抗折強度、耐磨率和光澤度)、化學(xué)分析、加工技術(shù)性能測試。
測定試采荒料率,體圖解荒料率與實采荒料率會有較大差異,因此必須在荒料率測定點中選擇有代表性的點進行試采,求得試采荒料率,試采體積一般不小于50~100m3。
05
大理石類飾面石材礦床勘探一般工業(yè)指標
飾面石材的荒料指具有一定塊度的直角六面體。對于年產(chǎn)3000m3以上荒料的礦山,荒料一般可劃分三類:Ⅰ類大于或等于3m3、Ⅱ類大于或等于1m3、Ⅲ類大于或等于0.5m3。
一般要求荒料邊長不小于0.5m,中檔和一般檔次荒料塊度大于1m3。一般要求中檔石材荒料率不小于20%,高檔石材荒料率可相應(yīng)降低,一般石材荒料率可相應(yīng)提高。
板材率是指荒料經(jīng)加工后所獲得的具有一定尺寸規(guī)格的拋光板材面積的比值,單位為m2/m3。一般要求中檔石材板材率不小于18(m2/m3)。
大理石類飾面石材礦床勘探之后,礦山開采一般要求礦體可采厚度不小于3m;夾石剔除厚度不小于2m;最低開采標高一般要求不低于當?shù)氐那治g基準面;露天采場最終邊坡角,巖石狀巖體邊坡角一般為50°~90°,松散狀巖體邊坡一般不大于45°;露天采礦場最小底盤寬度一般不小于30~40m;剝采比一般應(yīng)視礦床開發(fā)總體經(jīng)濟效益而定。
1、大理石標準板材加工工藝流程
用吊車將荒料裝在與鋸機配套的荒料車上,運至金剛石大鋸或大直徑圓盤鋸的工作位置,固定好鋸割成毛板,再逐步進行切斷、研磨、拋光等加工,最后經(jīng)檢驗、包裝到成品發(fā)運。
加工工藝流程可分為兩種:
大理石標準板先切后磨加工工藝流程
荒料吊裝→鋸割→切斷→粗磨→細磨→精磨→拋光修補→檢驗包裝
大理石標準板先磨后切加工工藝流程
荒料吊裝→粗磨→細磨→精磨→拋光→切斷修補→檢驗包裝
2、大理石薄板加工工藝流程
大理石薄板加工普遍采用薄板自動加工流水線。荒料經(jīng)吊裝固定在電動荒料車上,通過導(dǎo)軌送入雙向切機鋸割成毛板,通過卸料機、輸送滾道、翻板機與各工序自動聯(lián)接,工藝先進、效率高。
大理石薄板加工工藝流程
荒料吊裝→鋸割→截頭→研磨拋光→切斷→磨邊倒角修補、清潔、干燥檢驗包裝