用機械鋸、劈楔和爆破等手段,將巖石切割成一定形狀和塊度,並從巖體上分離下來的方法。所采巖石用作土木建築工程的砌體和飾面裝修材料的荒料。石材用於土木建築工程已有數千年的歷史,埃及的金字塔,中國北京故宮的基礎、階石和欄桿,明陵的石牌坊等,都是用各種大小不等的石塊砌築雕琢而成。但形成完整的石材工業體系,則僅有百餘年歷史。近代各種新興建築材料(如水泥等),在很大範圍內代替瞭石材,但一些永久性建築物、重要的公共和社會活動建築物中,仍需用大量天然石材作裝修材料和牆體材材料。如中國的雲花、漢白玉、丹東綠、杭灰,意大利的西納金黃大理石,非洲藍色花崗石等,都是國際市場上的暢銷品,其需要量不斷增長。

  可做結構或飾面材料的巖漿巖有花崗巖、安山巖、粗面巖和輝綠巖等;沉積巖有石灰巖、白雲巖、凝灰巖、粘土巖、砂巖和頁巖;變質巖有大理巖、板巖等。中國一些著名的飾面石材巖種見附表

中國一些著名的飾面石材巖種

  絕大部分石材均系露天開采,剝離工程量不大。礦床開拓方式以無溝開拓為主。回采工序包括分離、分解、修整、起重裝車。把幾十至幾百立方米的大塊巖石,從巖體上分離下來,將大塊分解成方整的小塊荒料,並修理整形,起重裝車。石材回采工藝的顯著特點,是充分利用巖石的構造特征。如沉積巖主要是層理構造和縫合線構造及裂隙;巖漿巖則是節理、流面、流線和流紋構造;變質巖中的片理構造和塊狀構造等。降低石材生產成本的關鍵是保證石材質量、提高板材成材率、減少機械工作量和提高回采效率。工作面的佈置多平行於裂隙或節理的走向;回采層高度主要按層理或裂隙間距來確定。石材回采方法有劈楔法、爆破法、排鉆法、機械鋸切法、火焰切割法及其聯合的方法。

  劈楔法 沿巖石構造面打進金屬楔,或用鑿巖機打楔眼,用油壓劈裂機打楔,撐裂巖石,將一定體積的巖石從巖體上分離下來,再劈分成較小的規整荒料。

  爆破法 用於巖石的分離工序,分離後用鋸切法分解和修整巖石。爆破法分普通爆破、預裂爆破與無聲爆破。普通爆破分離巖石的水平面積可從數百到兩千平方米,效率高於劈楔法,但常發生巖石過度破碎和暗傷(顯微裂紋),塊材成品率隻占爆破體積的25~35%,板材僅占5%,而且石材強度降低,嚴重時可降至原強度的一半。預裂爆破對此有所改善。70年代已廣泛應用無聲爆破,破碎劑與水混合後裝入事先打好的密集炮眼中,靠混合液體積膨脹,使巖石裂開。此種破碎劑價格較炸藥低50%,安全無聲,巖石不受振動損傷。爆破法和劈楔法隻適用於具有構造面的巖石。

  排鉆法 用鑿巖機穿鑿小孔徑(40mm以下)的密集鉆眼分離巖石。此法要求鉆眼穿鑿方向一致,並嚴格平行。適用於巖石具有水平構造面(層理)的條件,隻需鉆鑿垂直鉆眼即可切斷巖石。排鉆法常與劈楔法或爆破法配合使用,或用於巖石的分解。由於鑿巖工作量大,能耗多,一般用於花崗巖、玄武巖等難於機械鋸切的堅硬巖石。

  機械鋸切法 用各種機械鋸直接鋸切巖石,使之從母巖上分離。所用機械鋸有鏈鋸、圓盤鋸或圓環鋸等幾種。圓盤鋸和鋼絲繩鋸主要用於回采方整的墻體材料,鏈鋸和鋼絲繩鋸主要用於回采飾面石材。機械鋸隻適於回采硬度較低的大理巖、石灰巖、凝灰巖等沉積巖和變質巖類巖石。其中鏈鋸和圓盤鋸對硬結核適應能力較差,一般用於壓強小於12kN/cm2、石英含量不大於5%的巖石。鋼絲繩鋸的適應能力較強,設備結構簡單,重量輕,沿工作面移動方便靈活,使用較普遍。

  鏈鋸 用截盤轉動機構,進行水平和垂直切割。需在軌道上行走,方可保持平穩,工作面呈臺階形,高度和寬度均取決於截盤尺寸,一般為2~3m,工作面長度為100~150m。用鏈鋸切割大理巖時,如切縫深2m,純切割速度達35~75mm/min。鏈鋸不能垂直切割,在隻有2~3個裸露面的情況下,需和爆破、排鉆、劈楔等方法結合。最理想的方法是用鏈鋸垂直層理面切割,用劈楔法沿層理面分離。

  圓盤鋸 在蘇聯應用最普遍,傳動軸在鋸盤中心時鋸切深度為鋸盤直徑的35~40%,用齒輪傳動鋸環時為70%。主要用於鋸切塊度較小的墻體材料,即在采石場直接鋸成砌塊。

  鋼絲繩鋸 約於1895年首創於意大利,目前各國已普遍采用。用驅動卷筒帶動直徑為3.5~5mm、長約1000~2000m的無極三股鋼絲繩,經若幹導向輪和工作立柱通向鋸切工作面,在擬定的鋸切面上加入水和磨料,一般為天然石英砂或碳化矽砂,磨料在鋼絲繩帶動下磨削巖石,逐漸形成鋸口,最終將巖石鋸開(見圖)。鋼絲繩運行速度一般為8~10m/s,最高可達14m/s。鋸切面長為20m的大理巖時,鋸切效率為0.8~1m2/h。鋼絲繩鋸可垂直或水平鋸切,在工作立柱配備有鉆孔裝置時,可單獨完成工作面的準備和分離鋸切工作。

  回采臺階高度主要取決於起重設備的類型,用移動式起重機時一般為5~10m,用固定塔式起重機時一般可達10m以上。大型設備能節省開拓準備工程量,使臺階高度有加大的趨勢。一次鋸切的分臺階高度主要決定於立柱及其鉆孔裝置的規格,一般為2~3m。鋼絲繩鋸的缺點是鋸切壓力不大,近來采用振動鋼絲繩鋸,生產能力可比穩定傳動的提高32~40%。意大利、蘇聯已開始應用金剛石鋼絲繩鋸。

  火焰切割法 用火焰噴射器的火焰燒灼巖石,形成切割面以分割巖石,僅用於回采含石英礦物較多的巖石,隻能垂直切割,切割溝損失較大,在有三個自由面的情況下,一般最多切割兩個面,最好隻切割一個面,另外兩個面用爆破或劈楔法分離。用火焰切割的面應選在最難於分割的“截面”和“澀面”上。生產過程中噪聲高達120dB,對環境和工人危害較大,很少采用。