CN102893120B - 岩石破碎产品 - Google Patents

Abstract

一种岩石破碎产品（32），其包括：密封的细长柔性管（40）；药筒（74），该药筒位于所述管内并具有能量材料；以及阀装置（68），该阀装置用于允许所述管被填充水并利用所填充的水而膨胀，由此，该药筒被置于所述能量材料能够被点火的模式下。

Description

岩石破碎产品

技术领域

本发明涉及一种使用推进剂来破碎岩石的产品。

背景技术

在开采和其它挖掘过程中，通常使用炸药来破碎岩石。在爆破期间释放出的岩石具有不同的尺寸和形状。某些岩石太大以致于不能通过可获得的设备来处理。在其它情形中，被引导通过放矿溜井（ore pass）或箱孔（box hole）的岩石可能在经过放矿溜井的通道被堵塞的方式下变得互锁。

已存在多种不同的技术来破碎处于不同位置的岩石，例如处于地面上或者处于放矿溜井或箱孔中或其上方。在这方面，可参考美国专利No.5233926和2247169的说明书，它们归类了某些情形并提出了解决相关问题的技术。

当使用爆炸性材料来破裂有问题的岩石时，在所产生的爆破期间释放的能量可处在高水平而使周围的支撑结构被破坏。这是不可接受的。另一方面，把基于炸药或基于推进剂的装药放置在处于头顶位置的岩石中也是很危险的。

在某些情形中，必须在需要破碎或移位的一个或多个岩石内钻出多个孔。由于安全性原因，下面做法通常是不可取的：先钻出一个孔，对该孔装药，然后再钻下一个孔。在这些情况下，钻孔非常可能穿透之前已经放置的炸药。这种钻孔法可能会导致炸药点火。非期望的点火后果很严重。

美国专利No.4036100描述了钻孔内的管的使用，流动性爆炸物被装填在钻孔内。该管携带高爆炸性装药和起爆雷管，其浸没在水体中。这一布置主要意图用于在这样的情形中将爆炸物置于向上延伸的钻孔内，即：必须考虑重力的情形。这一文献所解决的问题不同于本发明涉及的特定问题，即破碎有问题的岩石。

本发明的目的是提供一种便于二次岩石破碎过程并具有高度安全性的岩石破碎产品。

发明内容

本发明提供了一种岩石破碎产品，该岩石破碎产品包括：密封的细长柔性管；药筒，该药筒位于所述管内并具有能量材料；阀装置，该阀装置用于允许所述管被填充液体并利用所填充的液体而膨胀；以及用于在所述药筒浸没于所述液体中时使所述能量材料点火的装置，并且其中所述阀装置包括入口连接件和出口连接件，所述入口连接件用于将液体引入所述内孔中，从而加压所述内孔并因此使所述管至少沿径向方向膨胀，而空气能够经由所述出口连接件从所述内孔中逸出。

所述管可具有内孔以及被密封且彼此相对的第一端和第二端。所述药筒优选位于该内孔中。

所述入口连接件可包括单向填充器阀，用以允许液体（例如水）进入内孔中且不允许从该内孔中离开。

所述出口连接件可包括空气泄放阀。

所述内孔中可设有至少一个加强部件，以沿轴向方向至少一定程度地加强所述管。

所述入口连接件可位于所述管的第一端处或第一端附近，而所述出口连接件可位于所述管的第二端处或第二端附近。

所述管可具有从第二端朝着第一端逐渐弱化的管壁。因而，当所述管被内部加压时，存在如下趋势：在该管的任何其它位置发生径向膨胀之前，该管先在第一端处径向膨胀。

所述产品可包括保持装置，该保持装置用于将所述管保持于在待破碎的岩石中形成的钻孔内。

所述能量材料可以是任何适当类型的炸药或推进剂。为了增强该岩石破碎产品的安全性，所述药筒优选是国际专利申请No.PCT/ZA2010/000004的说明书中描述的那种药筒，该国际申请的内容在此并入本说明书中。这种药筒包括容纳推进剂的第一相当大的腔室和容纳少量装药的第二明显较小的腔室。该药筒的构造使得装药的意外点火不会导致推进剂的点火。这种点火能够仅在药筒被浸入不可压缩液体（例如水、泥浆等）中的情况下才发生。

附图说明

参考附图，通过示例来进一步描述本发明，在附图中：

图1描绘了一个或多个较大岩石将在二次爆破过程中被破碎的情形，在此例中，该情形为地下；

图2示出了与图1所示的类似的情形，但在该情形中，待破碎的岩石处于头顶位置；

图3是岩石中的钻孔的示意图，该钻孔容纳根据本发明的岩石破碎产品；

图4是处于非操作模式下的岩石破碎产品的透视图；

图5是该岩石破碎产品的侧视截面图；并且

图6示出了能够在组装根据本发明的改进形式的岩石破碎产品时使用的技术。

具体实施方式

图1和2示出了地下挖掘地点10，其中，开采机器12可移动。该机器携载有任何适当类型的钻岩机14，该钻岩机14能够在岩石中钻出孔，并且优选地，之后，该钻岩机14能够将根据本发明的岩石破碎产品置于该孔中。

图2示出了该产品的一个特定应用情形，即，当待破碎的岩石处于头顶位置时。然而，该产品的使用不限于这种方式，因为：如图1所示，待破碎的岩石也可或多或少位于地平面处。例如，如果（位于地平面处的）岩石具有一个或多个裂纹并且水以如下速率从岩石的钻孔中漏出，则通常不能使用采用药筒来为钻孔中的水提供冲击波的岩石破碎过程，其中所述速率高于能够将水放入该钻孔中的速率。在这种情形中，本发明的岩石破碎产品能够在具有很大程度的有效力的情况下使用。

放矿溜井16被构造使得岩石18能够在重力作用下从上侧水平高度（未示出）穿过此该通道到达所述挖掘地点。上侧水平高度处的岩石的尺寸可差异很大。

如图1和图2所示，使用钻岩机14在岩石22中钻出钻孔20，该岩石22太大，以致于不能通过在该挖掘地点可获得的机器或其它技术来处理。钻孔20从表面26延伸到岩石22内。该钻孔具有钻口28以及封闭端或底部30，参见图3。

根据本发明，岩石破碎产品32定位在该钻孔内。图3示出了处于操作模式下的该产品32，而图4和图5分别以透视图和从一侧观察到的截面图示出了处于非操作模式下的该产品。

该产品32包括由诸如天然橡胶的合适材料制成的细长柔性管40。该管具有内孔42、被外套环46包围的密封的第一端44、以及与第一端相对的第二端48。

空气泄放阀50在第一端44附近定位在内孔42中。该阀具有壳体，该壳体具有容纳阀构件54的空腔52。通道56在该壳体中从所述空腔横向延伸。如果内孔42被加压，则该阀构件沿轴向方向60移位，且空气能够经由该通道56从所述内孔中排出。然而，一旦所述内孔被填满水且如果管40被浸没在水中，则该阀构件可移动以封闭并密封所述通道。于是，水不能从所述内孔中离开。

插塞62用于密封该管的第二端48。连接器64从该插塞延伸并联接到柔性导管66，该柔性导管66穿过所述插塞而延伸到单向填充器阀68，该单向填充器阀68被设计成允许液体流入内孔42中。固定到该连接器的保持弹簧70具有多个径向臂72。每个臂均具有沿径向方向的长度，该长度略大于钻孔20的半径。

药筒74在第一端44附近定位在内孔42中。该药筒可以是任何适当类型的药筒，但优选是国际专利申请No.PCT/ZA2010/000004的说明书中描述的那种类型，该国际专利申请的内容在此并入本说明书中。本文不对该药筒的构造和特性进行充分描述，但为了便于理解本发明，应当指出，该药筒包括容纳推进剂形式的能量材料的第一较大腔室和容纳少量装药的第二明显较小腔室。该药筒具有壳体76，并且，该壳体的壳壁形成有一个或多个孔口78。如果该药筒被浸入不可压缩液体中，则所述较小腔室中的装药的点火将导致所述较大腔室中的推进剂的引燃。另一方面，如果该药筒在空气中时所述装药被点火，则所述装药不可能传递足够的力来引爆推进剂。推进剂物质本身需要受到约束，以使得提高其燃烧速率并逐渐形成高能气体。在没被约束的情况下，推进剂将燃烧，从而产生将使药筒壳体和柔性管40熔化的高温气体。因而，该药筒本身具有安全特性的原因在于：该药筒仅在其被约束在不可压缩液体（例如水、泥浆等）中的情况下才能有效使用。

管40具有从第二端48到第一端44逐渐弱化的管壁80。例如，该管壁的厚度能够以线性的方式从第二端处的最大厚度减小到第一端处的最小厚度。这种使管壁弱化的方式仅是示例性而非限制性的。

管40由诸如橡胶的柔性材料制成。这意味着：尤其在轴向方向上，该管不具有明显的硬度，即：该管容易围绕其纵向轴线弯曲。为了应对这种特性，在内孔42中设有多个插入物82。该插入物可以是管状段，每个插入物均用作纵向延伸的加强部件，该纵向延伸的加强部件抑制所述管围绕该插入物所处的区域明显程度地挠曲。此外，如果多个插入物彼此邻接并端对端放置，则能够朝着第一端44传递沿轴向方向施加到第二端48的力。

在钻出钻孔20之后，所述产品32被推入该钻孔内。这可以手动进行，或通过使用适当地适配于该目的的钻孔机12来进行。管40被推入所述钻孔中达到预定程度，朝着钻孔的底部，并使弹簧70进入该钻孔。该弹簧的臂72向后偏转。该偏转的臂不会妨碍将所述产品插入到钻孔20内。然而，由于这些臂本身具有沿径向方向展开的趋势，所以，它们与该钻孔的孔壁84摩擦地物理接合，从而有助于将所述产品保持在该钻孔内。

优选地，在钻出钻孔之后，立即将产品32置于该钻孔中。该钻孔20可以是相继钻入岩石22或钻入任何其它岩石内的、多个类似的钻孔之一。钻孔并放置所述岩石破碎产品的该持续过程能够相对安全地继续进行，因为：如果钻岩机意外地穿透药筒74并导致起爆装药的引燃，则由于上文描述的原因，主推进剂装药不可能被点火。在所有时间，都是在空气/水雾冲洗的情况下进行钻孔，且空气将所有的水都从钻孔中吹出。如果推进剂装药被该钻孔过程意外起爆，那么，由正在燃烧的推进剂逐渐形成的气体能够逸出到大气中。在该阶段，所述药筒未受液体或其它填塞物材料约束，并且，由于管40的直径小于钻孔20的直径，所以逐渐形成的气体能够经由所述管的外表面与孔壁84的表面之间的间隙逸出到大气中。

在产品32已经置于钻孔中之后，导管66从产品32向外伸出。

一旦已经完成该钻孔和产品的放置过程，各种导管66被一起拉出且加压水经由相应的导管被引入到每个管中。在每一种情形中，水都流过单向填充器阀68且内孔42被逐渐填满水。内孔42中的空气经由泄放阀50排出并排到大气中。一旦该管充满水，所述泄放阀就关闭，以防止水从该管离开，然后，该管被所述水内部加压。该管的第一端44附近的较弱部分沿径向方向膨胀，从而接触与之相对的、孔壁84的表面。此后，该管从第一端向第二端逐渐膨胀，并且，钻孔内的所有空气都排出到大气中。

每个药筒均具有延伸到该钻孔外部的、相应的点火引线86（图4和图5）。在各个所述产品的管已经完全膨胀之后，在适当的时候通过向引线86施加合适的电信号来引燃所述药筒中的装药。这又导致每个药筒中的推进剂的起爆，接着会发生岩石22的破碎，通常是以国际专利申请No.PCT/ZA2010/000004的说明书中描述的方式发生。

每个点火引线86均可位于相应的柔性导管66内并从该柔性导管66延伸，从而提供了更紧凑的设计。

上文的描述涉及使用水作为加压介质。这仅是示例性而非限制性的，因为：也可使用密度较大的液体（例如泥浆或膨润土）来内部加压所述管。这提高了填塞效率。

在图6描述的另一可选方法中，未使用预成型的管，而是使用了定制的管。

竖直延伸的支撑件100使管102维持处于竖直定向，该管102由相当刚性的塑料材料制成。该管具有狭缝104，该狭缝104从所述管的上端106纵向延伸到下端108。这允许该管克服其自身的弹性而打开到一定程度。

这里使用了与已经描述过的部件相类似的部件。由塑料或类似材料制成的实心杆110的上端利用胶带粘附到模拟药筒112的邻接端。该模拟药筒112与完全有效的药筒74具有相同的形状和尺寸。上文所述类型的空气泄放阀50定位在该模拟药筒112的上端。所述空气泄放阀的出流孔口114被一段易碎的胶带116密封。上文所述类型的单向填充器阀68与杆110的下端接合，并且，所述填充器阀的出口118被一段胶带116密封。

随后，这些部件的外部被涂覆有合适的隔离剂，并且管102的内表面也涂覆有隔离剂。以所述方式连结在一起的部件110、112、50和68然后被置于管102中，使得这些部件在该管的轴向方向上延伸。该管中的狭缝104由胶带粘住，从而使得该管的内部被有效密封。然后，本领域已知类型的可凝固硅树脂材料120的流动混合物经由管122被泵送到该塑料管的下端，从而将这些部件封装在管102中。该硅树脂材料从所述管的下端108上升到上端106，在此过程中，所有空气都从该管中排出。当处于流动形式的硅树脂进入该塑料管时，硅树脂不处在任何有意义的压力下且不与所述空气泄放阀、单向填充器阀和狭缝上的密封胶带116干涉。随后，允许该硅树脂凝固。

之后，管102及其内容物与支撑件100分离。纵向狭缝104上的胶带被移除，且该管径向膨胀，从而能够移除其内容物。这些内容物包括部件110、112、50和68，该部件110、112、50和68被从外部包封在由凝固的硅树脂形成的管状外壳中。

所述硅树脂材料是柔性的且可变形，以允许模拟药筒112被移除并因此留出空腔。由于之前使用了隔离剂，所以该药筒不会粘附到硅树脂。本文所述类型的真药筒74随后插入到硅树脂外壳中的该空腔内并邻接所述杆110。通过利用环形夹具包围该硅树脂外壳的上端和下端来密封这些端部，该环形夹具分别紧固到填充器阀68的外表面和真药筒74的外表面。

当该真药筒置于由所移除的模拟药筒形成的空腔内时，在该药筒的外侧放置较小的导线，以便在硅树脂外壳和该药筒的对置表面之间形成空气通道。因而，如国际专利申请No.PCT/ZA2010/000004的说明书中所述，空气可从该药筒内的空腔中逸出。

因而，该硅树脂模制组分的使用允许在所述岩石破碎产品的部件周围形成柔性管。该模制的组件能够大致以上文描述的方式来使用。经由所述填充器阀引入的水能够在硅树脂外壳的内表面和该外壳内的各个部件的与该内表面相对的外表面之间流动。如上所述，由于之前使用了隔离剂，所以，硅树脂不会粘附到这些部件。水使硅树脂膨胀，与该组件所处的钻孔的孔壁紧密接合。水压升高，使通过胶带116形成的密封裂开。随着该硅树脂外壳中的水的体积增大，空气由于所述空气泄放阀的作用而从该硅树脂外壳中逸出。水也能进入所述真药筒内的空气空腔中，从而如上文所述，必要时能够进行有效点火。

该模制组分的使用允许所述岩石破碎产品针对特定应用而进行定制，这便于处理和安装。

本发明的产品具有很多显著益处。它允许以安全、有效的方式进行二次岩石破碎。可在一个或多个岩石中相继钻出多个钻孔，并在每个钻孔被钻出之后，在该钻孔中放置相应的岩石破碎产品。这避免了仅在钻完多个钻孔之后才在每个钻孔中放置药筒的情形。药筒74本身是安全的，因为：仅当它被浸入在不可压缩液体（例如水、泥浆、膨润土等）中时，它呈现出岩石破碎功能。

Claims (8)

1.一种岩石破碎产品(32)，包括：密封的细长柔性管(40)；药筒(74)，所述药筒位于所述管(40)内并具有能量材料；阀装置(50,54,56；64,66,68)，所述阀装置用于允许所述管被填充液体并利用所填充的液体而膨胀；以及用于在所述药筒浸没于所述液体中时使所述能量材料点火的装置(86)，其特征在于，所述管(40)具有内孔(42)以及被密封且彼此相对的第一端(44)和第二端(48)，且所述药筒(74)位于所述内孔(42)中，并且所述阀装置(50,54,56；64,66,68)包括入口连接件(64,66,68)和出口连接件(50,54,56)，所述入口连接件用于将液体引入所述内孔中，从而加压所述内孔并因此使所述管至少沿径向方向膨胀，而空气能够经由所述出口连接件从所述内孔(42)中逸出。

2.根据权利要求1所述的岩石破碎产品，其中，所述入口连接件(64,66,68)包括单向填充器阀(68)，用以允许所述液体进入所述内孔中且不允许从所述内孔中离开。

3.根据权利要求1或2所述的岩石破碎产品，其中，所述出口连接件(50,54,56)包括空气泄放阀(50)。

4.根据权利要求1所述的岩石破碎产品，其中，所述入口连接件64,66,68)位于所述管(40)的第一端(44)，而所述出口连接件(50,54,56)位于所述管的第二端(48)。

5.根据权利要求1所述的岩石破碎产品，所述岩石破碎产品包括保持装置(70,72)，所述保持装置用于将所述管(40)保持于在待破碎的岩石中形成的钻孔(20)内。

6.根据权利要求1所述的岩石破碎产品，其中，所述管(40)具有管壁(80)，当所述内孔被加压时，在所述管的任何其它位置发生径向膨胀之前，所述管壁能够先在所述第一端(44)处径向膨胀。

7.根据权利要求1所述的岩石破碎产品，其中，所述管(40)以模制工艺形成，以便封装所述药筒(74)和所述阀装置(50,54,56；64,66,68)。

8.根据权利要求1所述的岩石破碎产品，所述岩石破碎产品包括位于所述内孔中的加强部件，用以沿轴向方向至少一定程度地加强所述管。