CN101421491A - 使固体材料破裂的装置以及制造该装置的软管元件的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于使固体材料破裂的装置包括可膨胀的软管元件(2)，该软管元件(2)可插入到固体材料的孔内，且具有外形上大体规则几何形状的截面。在软管元件(2)的至少一端处，其包括联管节(5、6)。该装置还包括至少一个具有膨胀室(3)的膨胀部分。软管元件(2)还包括膨胀限制器，其具有沿软管元件的圆周方向距离软管元件外部的变化的径向距离。

Description

使固体材料破裂的装置以及制造该装置的软管元件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于使固体材料破裂的装置，该装置包括可膨胀的软管元件(expansible hose element)，软管元件可插入到固体材料的孔内，且具有外形上大体规则几何形状的截面，所述软管元件至少在其一端包括联管节(coupling)，该装置还包括至少一个具有膨胀室的膨胀部分。本发明还涉及一种制造根据上述内容的软管元件的方法。

背景技术

一直以来，要想找到一种以方便、便宜、快速且对环境友好的方式来使岩石、石头、混凝土以及类似物破裂，同时又获得预先确定方向的膨胀力的方法存在巨大的挑战。

通过在诸如石头、岩石、混凝土以及类似物的固体材料上钻一个或多个孔并通过将该孔膨胀到一定程度使得周围的材料开裂来实施这类材料的破裂。就此而言，通过将放入到孔中的爆炸物引爆就可以膨胀孔。然而，此种方法的应用受到限制，这是由于所产生的震动、巨大的噪音和普遍的高危险性，因而需要受到专门训练的人来进行此操作，且该方法用于，如建筑密集的区域必然会引起巨大的危险，或者该方法只能在非常小的范围内应用。而且，由于安全风险，处理爆炸物会带来许多问题，不仅是意外点燃，而且还有偷盗和非法操作使用爆炸物。也已知除了引爆爆炸物之外的其他方法来获得材料破裂所要求的钻孔的膨胀。例如，已知用接合剂溶液来填充钻孔，该接合剂溶液能够在固化过程中膨胀到一定程度，且具有这种使材料破裂的力。然而，此方法存在重要的缺陷，如接合剂发生膨胀和破裂需要约24小时。还已知通过打开钻孔的口并向钻孔中供给高压水来获得破裂所要求的钻孔的膨胀。这种方法要求复杂且昂贵的装置，且可能引发若干问题，因为在供给水之前，钻孔必须绝对密封，这意味着在可以进行破裂之前，必须密封钻孔壁上的任何裂缝。

专利说明书SE 8405218 2公开了一种适合于使石块和岩石破碎的装置，该装置被设计为具有横向于管的纵向方向的可膨胀壁(expansible wall)和具有轴向设置的端部部分的圆柱形管，它们通过设置在圆柱形管内的棒、管或线形式的连接棒(tie rod)固定在一起。此外，此装置设置有许多密封元件，用于密封由端部部分之间的圆柱形管形成的压力室。测试时，也已经发现，由压力室形成的囊(capsule)存在经常分裂成碎片的劣势，当破裂的材料分裂或一块岩石掉落，以及囊被部分暴露且维持囊的压力以使岩石继续分裂时尤其如此。已经发现，在这种情形下，由于周围的材料已经不存在了，所以囊易于爆裂。因为必须替换囊，所以这增大了成本，且此外，因为所使用的流体通常是油，所以如果囊爆裂的话，油会排入环境中而引起环境问题，由此要收集油而产生清洁问题。

专利说明书SU 1051 269A公开了一种发明，其包括两个非刚性的金属压力表面，这两个金属压力表面适合于压紧贴住钻孔的表面。在端部处，设置有两个金属夹具，在两个金属夹具被压紧之后，期望它们使金属棒恢复到其初始位置。显然，这不会起作用，因为在被压紧之后，金属棒将保持其弯曲姿势，特别是在夹具的联管节处。

发明概述

本发明的目的是提供一种用于使诸如石头、岩石、混凝土以及类似物的固体材料破裂的膨胀装置(expansion device)，这种装置已经消除了上述缺陷，且通过本发明，可以快速地、简单地且便宜地将石头、岩石、混凝土或类似物内形成的钻孔膨胀到使得钻孔周围的材料能借助定向的爆炸力而破裂的程度。

上述目标可通过这样一种用于使固体材料破裂的装置来实现，该装置包括可膨胀的软管元件，该软管元件可插入到固体材料的孔内，且具有外形上大体规则几何形状的截面，所述软管元件至少在其一端包括联管节，所述装置还包括至少一个具有膨胀室的膨胀部分。所述软管元件还包括膨胀限制器(expansion limiter)，膨胀限制器具有沿软管元件的圆周方向距离软管元件外部的变化的径向距离。膨胀限制器具有使软管沿着其整个长度膨胀，而不考虑是否存在周围阻力的优势，即不考虑，如其内设置有软管的一块岩石是否开裂。而且，可以只将部分软管元件插入钻孔中。术语“膨胀部分”指沿膨胀限制器的径向向内设置的部分或多个部分。在软管元件的一些实施方案中，只有膨胀限制器内的一个膨胀室。

术语“固体材料”指在正常的室外温度下呈固体状态的材料，如岩石和混凝土。

在一个实施方案中，膨胀室的截面使得壁之间的最长距离与最短距离之间的关系随着所述软管元件从未压缩状态变化到压缩状态而弱化。因而，在未压缩状态，膨胀室具有非圆形的截面，膨胀室被设置成旨在被压缩时具有圆形的截面。因为软管元件在未压缩状态时，具有外形上规则几何形状的截面，所以加压将使软管元件在与表示未压缩状态的膨胀室内的两个相对的壁之间的最短距离的线平行的方向上膨胀。术语“规则几何形状的截面”主要指圆形的截面，但也包括等边多边形和具有以其圆周形状表示的某些规则形状的其他形式。

优选地，软管元件在未压缩状态时，具有外形上大体圆柱形的形状。例如，钻在岩石上的孔大多数具有圆形的截面，且软管元件优选具有互补的形状。

在一个实施方案中，软管元件具有内嵌的强化件(built-inreinforcement)。

优选地，软管元件在那些其中待破裂的材料内的孔不是直的情形中是韧性的。

合适地，根据压力图表选择软管元件，以使软管将抵抗比由与此软管一起使用的泵装置供给的压力高的压力。

制造根据本发明的软管元件的方法合适地包括下述步骤：将具有大体圆形截面的液压软管置于两个平行的平的表面之间，将两个平的表面彼此相向移动以使软管被挤压以便获得两个大体平的表面，以及将材料应用于软管以便赋予其外形上大体规则几何形状的截面。

优选地，当制造软管元件的端部时，在使部件变平后，端部比所要求的制造得更长，以使常规的液压联管节可以应用到软管元件。

下面描述了具有膨胀室的膨胀装置的实施方案如何被设计，以获得软管元件的产生压力的部件(pressure-generating part)，结合合适的设计，将此结果传输到定向膨胀装置。在软管元件的一端处，设置了联管节装置，以允许流入的流体进入软管元件的膨胀室，而在软管元件的另一端设置端部联管节，其中也合适地形成孔，以使某些种类的转换器可以被连接，以便能够使一个或多个膨胀导向装置(expansion directing means)被互连，以使膨胀导向装置可一起产生持久的压力效果，例如在长的钻孔的情形下，或膨胀导向装置被横向互连。为了可以只使用一个膨胀装置，设置了端部塞子，其密封膨胀装置，以便阻止流体渗漏。

通过固化或一些其他合适的方法将装置应用到软管元件的大体平的外表面，以使软管元件获得预期的形状。在此实施方案中，装置具有使得最终的结果是适合于插入到钻孔中的圆形的形状。在整个膨胀装置或其合适部分的周围，通过固化，合适地设置有可膨胀的，但也可压缩的外壳，当软管元件的膨胀室内的压力停止时，与软管元件的运动一起配合的外壳期望与膨胀装置保持在一起，且还保护膨胀装置，而且最重要的是有助于帮助膨胀装置恢复到其初始形状。

附图简述

在下文中，将参考附图对本发明进行更详细地描述。

图1是沿着膨胀装置的纵轴看的截面图。

图2a是根据本发明实施方案的软管元件处于未压缩状态的截面图。

图2b是图2a软管元件处于压缩状态的截面图，且阐释了，如岩石如何裂开。

图3是软管元件的透视图。

图4是从图3截取的部分的透视图。

图5是膨胀装置的联管节部件的放大的截面图。

图6是膨胀装置的端部联管节的放大的截面图。

图7a和7b是根据可替代实施方案的软管元件分别处于未压缩状态和压缩状态的截面图。

图8a和8b是根据又一个可替代实施方案的软管元件分别处于未压缩状态和压缩状态的截面图。

优选实施方案的描述

图1显示了装置1，其包括优选由常规的增强型液压软管制成的软管元件2，从纵向方向看，该软管元件的中部被弄平，以便形成具有一个或多个内部压力表面14的膨胀室3。这些宽的压力表面14从软管元件2的纵轴看向外起作用，且形成软管元件2的定向施压部分(directed pressingpart)，在初始阶段，压力表面14产生高的压力，当软管元件2恢复到圆形的、大体圆柱的形状时，高的压力连续降低。在软管元件2的一端处，软管元件2具有连接到压力源(未示出)的联管节5，流体通过膨胀室3的开口4从压力源进入，随后被联管节6阻挡，联管节6构成流体的阻挡件，但是如果从联管节7的开口去除塞子7a的话，那么可以打开联管节6。这样可以彼此串联地连接超过一个的膨胀装置1。因此，在具有一个或多个合适的联管节装置的情况下，因此可以使一连串膨胀装置1在纵向方向和横向方向上相互配合。在软管元件2的“平的”外表面13上(图3)，优选通过固化或以其他某些合适的方法来设置椭圆形的压力装置8和9，以使软管元件2获得紧密地贴合将要在其中使用该装置的钻孔的形状。在此实施方案中，装置8和9是椭圆形的，以使最终的结果将是圆形的韧性形状，这种形状可以安装进并不是完全直的钻孔中。如果该装置将被用于钻孔并不是圆形的应用中，那么该装置的轮廓也可以具有一些其他形状。例如，膨胀装置可以，如提前铸造在混凝土中。

在整个膨胀装置1或其合适部分的周围，优选通过固化设置了可膨胀的，但也可压缩的外壳10，当软管元件2的膨胀室3内的压力停止时，与软管元件2的移动相配合的外壳将与膨胀装置1保持在一起，且还保护膨胀装置1，且最重要的是有助于帮助膨胀装置1恢复到其初始形状。膨胀装置1的设计和增强型压力软管，如软管元件2的使用还提供了在岩石上的钻孔的边缘外部的部分先膨胀的优势，这是因为孔内的阻力比孔外的阻力大，即软管元件2在孔边缘的外部比在孔内部膨胀得多，直到软管元件2的强化件1]抵抗压力。因此，膨胀装置1在岩石上的孔的外部比在孔内部增大得更多，由此在膨胀装置1和孔的边缘之间产生楔形力(wedge-shaped force)。如果膨胀装置1被允许在岩石上的通孔的两侧突出，那么就获得双重优势。

可以让开裂的材料继续破裂，这是因为通过在内部孔完全变圆之前，允许液压软管膨胀可以处理囊的膨胀。当液压软管内的孔完全变圆时，软管不能再膨胀，这是因为液压软管的强化件随后将抵抗内部压力。

本发明消除了结合SE 8405218-2所描述的问题，因为膨胀囊由常规的增强型液压软管制成，所以选择这种软管能抵抗比可以由供给压力介质的泵所产生的压力高的压力。基于此，就不再需要内部的连接棒，这是因为液压软管壁的强化件将端部部分固定在一起，且两端的联管节是密封的，因此不需要任何额外的密封。

通过允许膨胀装置1的一部分置于钻孔外部，在钻孔内获得了更大的膨胀力，这是因为在这种情形下，不存在减少破裂区域的端部部分。

如果是笔直地钻孔穿过岩石，那么还可以允许膨胀装置在两侧突出，这是因为在这种情形下，不会损失膨胀力，因为不存在降低膨胀力的端部部分。

使用常规的增强型压力软管作为膨胀装置1内的软管元件2还提供了可以制造长度长的膨胀装置1的优势，当缠绕(wind up)膨胀装置以便运输到下一个使用场所时，这使得易于膨胀装置的处理。

图7a和7b显示了本发明的可替代的实施方案。在此情形中，膨胀室3的截面在未压缩状态时是大体圆形的，且当被压缩时，膨胀室3在膨胀限制器15的允许范围内尽可能地膨胀。当被压缩时，膨胀限制器15旨在具有大体圆柱形的形状。这使得软管元件在两个相对的方向(在图7b中是垂直的)略微膨胀，且在垂直于这些方向(在图7a中是水平的)是同时缩短的。优选地，软管部分16和17由具有有限压缩性的弹性材料，如橡胶制成。当然，可以对两个软管部分使用相同的材料或使用不同的材料。

图8a和8b显示了本发明的又一个可替代的实施方案。在图8a中，软管元件处于未压缩状态，在这种情形下，膨胀限制器15具有类似星星的形状。在此实施方案中，膨胀力产生在沿着圆周平均分布的8个方向上。当软管元件沿着圆周均匀地膨胀时，待开裂/破裂的材料与软管元件之间的摩擦减小，因此，软管元件受到较少的磨损，同时具有较长的服役寿命。

应理解，在本发明的范围内，如由所附权利要求界定的范围内可以进行许多修改。例如，可以在软管元件内使用多个膨胀室，以增大一些方向上的爆破力，或者可替代地，以获得多于两个方向上的爆破力。而且，夸大了附图中的一些尺寸，以进一步澄清本发明的构想。

Claims (6)

1.一种用于使固体材料破碎的装置，所述装置包括可膨胀的软管元件(2)，所述软管元件(2)可插入到固体材料的孔内，且具有外形上大体规则几何形状的截面，所述软管元件至少在其一端包括联管节(5、6)，所述装置还包括至少一个具有膨胀室(3)的膨胀部分，其特征在于，所述软管元件(2)还包括膨胀限制器，所述膨胀限制器具有沿所述软管元件的圆周方向距离所述软管元件的外部的变化的径向距离。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述膨胀室(3)的截面使得壁之间的最长距离与最短距离之间的关系随着所述软管元件(2)从未压缩状态变化到压缩状态而弱化。

3.如权利要求1或2所述的装置，其中所述软管元件在未压缩状态时，外形上具有大体圆柱形的形状。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的装置，其中所述软管元件(2)内的所述膨胀限制器是嵌入所述软管元件中的强化件。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的装置，其中所述软管元件(2)是韧性的。

6.一种制造软管元件(2)的方法，所述方法包括以下步骤：

将具有大体圆形截面的液压软管置于平行的两个平的表面之间，

使所述两个平的表面彼此相向移动，以使所述液压软管被挤压，以便获得两个大体平的表面，

将材料应用于所述液压软管，以便赋予其外形上大体规则几何形状的截面。

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