劈石機炮孔刻槽劈裂石材

石材礦山為石材加工廠提供生產原料即稱荒料。隨著石材加工設備的不斷更新換代，對石材礦山產品—荒料也提出了更嚴格的要求。要求荒料有形狀、有塊度、有尺寸，而且要求荒料色澤一致、無裂紋、無內傷、無色線、無色斑、無色膽(尤其出口荒料)。這些，對於有條件的石材礦山，還是可以做到。近幾年我國石材礦山開采技術水平和機械化裝備都在不斷提高，不少礦山引進了國外先進的石材開采設備，對提高礦山荒料生產率、提高荒料質量、降低生產成本等發揮了作用。但是，這些正規化生產的礦山為數不多，其年產荒料總量遠遠不能滿足石材加工廠的需求。絕大部分荒料要靠鄉鎮企業的石材礦山供給。這些礦山由於客觀條件所限，采用先進的開采設備在技術上、資金上還有困難，所以，它們需要的是些投資者，是簡單易行見效快的輕便設備和開采方法。目前，適合中、小型石材礦山的開采方法很多，其中要算炮孔刻槽劈裂法為好。其破岩機理如下：

1.炮孔刻槽劈裂岩石機理

　　筆者在雲南屏邊考察石材礦山時，當地民工采用手捶打炮孔、放炮破裂岩石。但是，他們總是在炮孔鑿好後，用像棱標樣的雙刃刀在炮孔壁上用力來回劃幾下，在炮孔壁上留下對稱的兩條模糊線條。我們當即問他們這起什麽作用，他們說:這樣做岩石破裂效果好，不這樣做岩石容易炸壞。就像我們裁玻璃，用金剛石刀在玻璃上劃條線，其姍裂效果與不劃條線完全不一樣，由此看來炮孔刻槽劈裂岩石早在民間就已被采用，其作用機理現在可用岩石斷裂力學來解釋。

　　岩石斷裂力學理論指出:當岩石內部存在裂紋時，在外界應力的作用下，裂紋尖端將發生應力集中效應。裂紋尖端的應力強度以強度因子K，表示：

　　在K1時，裂紋尖端產生內應力ay。當外加應力σ增大，K1也隨之增大，σy也增大。當σy增大到足以使岩石分離，從而導致裂紋失穩時，則裂紋擴展，岩石出現斷裂，此時應力強度因子，稱為臨界應力強度因子，用Klc表示，它又稱為斷裂韌性。

 
　　由上述概念得知，岩石預裂成縫的必要條件是:首先，岩石炮孔壁上必須存在裂紋(天然的或後產出的)，然後孔內必須要有適當的壓力分離岩體。如果K1>Klc，裂紋將會擴展，Kl>>Klc，則裂紋擴展迅速，如果壓力得不到補充，Kl的值隨裂紋擴展成縫而減小。隻要炮孔間的裂紋能互相貫通起來成縫，破裂岩石就達到了目的。

　　我國自古以來就使用石材，有很多土辦法開采石材。如用手捶、綱塹、鋼楔、打眼劈裂分割岩石，就是運用斷裂力學道理。因此，斷裂成縫的主張者認為，在炮孔壁上刻槽是預裂岩石有效手段，提出了炮孔刻槽預裂岩石的方法。

　　刻槽劈裂法就是在炮孔壁上刻二條對稱的V形槽線(初始導向裂紋)，此時隻有孔壁外來壓力的大小起著控製作用。壓力太高不但不能控製刻槽裂紋的擴張方向，而且還會沿孔壁上的天然裂隙或裂紋擴展，致岩石碎裂。當孔壁壓力太低時，裂縫也不能沿槽線徑向生成。因此炮孔內必須達到一定壓力時，才能生成裂縫並控製裂縫的擴展方向，此時壓力就是臨界應力強度因子Klc，可用公式(1一2)求得。

　　這種臨界壓力來源可以是機械力(捶擊力和液壓力)，靜態力(靜爆脹裂劑)和爆炸力(導爆索和改性炸藥)三種，筆者試用爆炸力代替其它外界力在炮孔內部劈裂石材，收到較好效果。

2.刻槽劈裂岩石的刻槽方法：

　　刻槽劈裂岩石在生產實踐中證明行之有效。而且用岩石斷裂力學理論得到科學解釋。

　　在刻槽炮孔內劈裂岩石的方法是很多的。可以機械劈裂(複合楔子和液壓劈石機);可以靜態劈裂(脹裂劑);可以爆力劈裂(導爆索和改性炸藥卷)等等。但筆者認為當炮孔壁刻槽後，在炮孔內置人一對劈裂塊，用爆力在炮孔內部作功劈裂岩石效果很好，使用液壓劈石機劈裂效果也很好。

　　爆力劈裂法：劈裂塊為半個圓柱體形，兩塊合並就成圓柱體形。用鐵質製作可以反複使用，也可用心0一40mm的毛竹一劈兩個半塊使用。對於可劈性好的岩石，隻需在劈裂塊中夾根導爆索就行。對於可劈性差的岩石，可在導爆索上捆紮細形改性藥卷也能順利劈開岩石。

3.炮孔刻槽爆力劈裂岩石的受力分析

　　炮孔劈刻有以稱V形槽後，在炮孔內置入兩個劈裂塊(鐵質或毛竹都行)兩個劈塊中間夾根導爆索，劈裂塊在炮孔中置入位置如圖3所示。

 

　　當劈裂塊中導爆索爆炸一瞬間，爆生高壓氣體在劈裂塊的夾製下，產生高速射流穿擊V形槽似如氣楔，同時劈裂塊在爆能作用下脹裂炮孔似如劈裂，爆生高壓氣體產生氣楔和劈裂作用必集中於V形槽尖端，產生應力集中效應，使V形槽尖端處開始失穩，並向徑向擴展出現斷裂。由於劈裂塊是半圓柱體，與炮孔壁接觸麵積大，所以不但能擋護炮孔壁上的天然裂紋免遭爆生氣體侵害，而且使炮孔壁上下受力均勻，受力方向一致，這對破裂岩石而又不傷岩石十分有利。(如圖中箭頭所示)。

　　炮孔內劈裂塊在爆力推動下壓向孔壁，當這種均布壓力同時作用，使炮孔間中心聯線方向產生的拉應力超過岩石抗拉強度後，岩石出現斷裂。斷裂麵將沿著V形槽尖端開始向徑向擴展成縫。岩石斷裂麵的平整質量與很多因素有關:地質條件(岩石層理、節理、裂隙情況);爆破參數(炮孔孔距、孔深、炸藥量);施工條件(設備、技術、管理)等等。但是，在相同的條件下，炮孔內刻槽與劈裂塊配合使用可產、生特殊的效能。刻槽能控製岩石斷裂方向，劈裂塊可搜集爆能脹裂炮孔，同時產生高速射流穿擊槽穴。這樣可盡量少用炸藥，不致損傷岩石而又達到預裂岩石的目的。

4.結論

　　4.1炮孔壁上刻V形槽(初始裂紋)，能有效地控製岩石斷裂方向。由於刻槽長度、方向和深度都遠大於天然裂隙或裂紋，加上劈裂塊在炮孔內阻擋、夾製作用，所以，爆生高壓氣體產生氣楔和劈裂作用集中於刻槽尖端，使初始裂紋向徑向擴展。如果刻槽質量好，即較深、較直、較長、較尖，則裂紋成縫速度會更快、更好、更平整。可盡量少用炸藥和不用炸藥也能使岩石斷裂麵從槽尖聯線上斷裂開采。

　　4.2劈裂塊是置入炮孔內借爆能作功劈裂岩石。不但節省能量，而且孔壁上下受力均勻。劈裂塊外圓與孔壁內圓同弧，劈裂塊與炮孔壁接觸麵大，壓強均勻。劈裂塊在炮孔內脹裂炮孔，產生的是上下平行均勻推力，這種推力方向是垂直於岩石斷裂方向，有利於岩石按預想之處裂開。

　　4.3岩石抗拉強度比較小，一般均在50kg/cm左右，加上刻槽機劈裂塊的特殊作用，所以在爆破岩石時，隻依靠導爆索的爆能就可分裂岩石，若岩石可劈性差，也隻需加入少量改性炸藥，可以達到既把岩石裂開又不會損傷岩石的目的。