CN103061769B - 一种钻孔注胶式开采加工裂隙石料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石材及其矿山开采领域，具体涉及一种钻孔注胶式开采加工裂隙石料的方法。本发明主要解决硅质玉、闪石、花岗石、石英石、叠层石、蛇纹玉和大理石等矿物开采难度大与成材率较低的问题。本发明的技术方案为：一种钻孔注胶式开采加工裂隙石料的方法，采用高分子胶液与注胶装置，利用深孔进行强压注胶，并用20-100MPa的压强对石料进行胀裂，经钻孔刻槽工序、设置胶嘴工序、高分子胶液配置工序、表面填缝工序、强压注胶工序和表面渗胶工序完成节理裂隙岩石的胶结愈合及注胶胀裂。本发明具有开采简单、成材率高的优点。
Description
技术领域
本发明属于石材及其矿山开采领域，具体涉及一种钻孔注胶式开采加工裂隙石料的方法。
背景技术
目前，在石材及其矿山开采领域，对大理石、花岗石和砂岩等非金属矿物的开采，已从打排孔并用炸药轰爆的方式逐步转向打排孔而用膨胀剂静态爆破的方式。为进一步提高矿山开采的成荒率，采用矿山圆盘锯与串珠绳锯切开采的方式也在逐步推广。但在矿山岩体已存在较多裂隙的情况下，不管用什么方法进行开采，其成荒率不足30％的现实必然要形成大量碎石堆积的问题。如何有效地利用建筑装饰用石材，尤其是如何利用我国较多的硅质玉的问题，已引起石材及相关行业的高度重视。人造大理石与人造石英石虽然能对矿山开采的碎石有所利用，但其生产中还要对碎石进一步破碎而成设定的粒度，并用较多的粘结剂进行其异构聚合的荒料或薄板成型。现行的两大类合成石虽然通过多个搅拌机配色与转向布料工艺能够产生较好的观感，但对保持天然矿物的原有结构及改善环境属性方面可以说还相差甚远。中国专利胶结愈合裂隙石材的生产方法（ZL201110155365.8）采用分切厚板、胶液除覆、真空抽放等工序，利用真空力与激振力对薄板进行胶液渗透而使其裂隙板材胶结愈合，但其-0.1Mpa的真空度产生的作用力不能形成较大的渗透力。
甘肃的敦煌玉等硅质玉矿山开发以来，虽然用串珠绳锯进行切割开采提高了成荒率，但在硅质矿体自身就存在较多节理裂隙的条件下仍使其成荒率及玉石建材加工中的成材率很低。不论是硅质的石英岩玉、还是钙质的大理石，即使其不存在明显的裂隙，但微观地看，它是一种粒状组合且颗粒之间存在众多微隙及微孔的矿物。在矿山开采及石料的锯切前，设法将高分子聚合物渗入到其微隙之中，才能以原构聚合方式克服其脆性，并由这种较高层次的合成技术使得较珍贵的矿山资源能够有效地利用及创造较高的价值。
发明内容
本发明主要针对硅质玉、闪石、花岗石、石英石、叠层石、蛇纹玉和大理石等矿物开采难度大与成材率较低的问题，提供一种开采简单、成材率高的钻孔注胶式开采加工裂隙石料的方法。
本发明为实现上述目的而采取的技术方案为：
一种钻孔注胶式开采加工裂隙石料的方法，采用高分子胶液与注胶装置，利用深孔进行强压注胶，并用20-100MPa的压强对石料进行胀裂，经钻孔刻槽工序、设置胶嘴工序、高分子胶液配置工序、表面填缝工序、强压注胶工序和表面渗胶工序完成节理裂隙岩石的胶结愈合及注胶胀裂；
所述的钻孔刻槽工序是在裂隙岩石的垂直与水平两个方向分别用凿岩机钻出直径为30-80mm且相互间距为200-1000mm的沿直线排列的若干个深孔，并用刻槽工具对深孔分别进行对称V型的深度为5-10mm的刻槽；
所述的设置胶嘴工序是将若干个注胶嘴分别粘结并紧固于各深孔孔口位置，并用高压胶管分别联接于注胶装置，或用绝缘导线将各深孔中的电加热器与交流调压器连接；
所述的高分子胶液配制工序是用环氧树脂或不饱和树脂或甲基丙烯酸甲酯分别与固化剂、促进剂、偶联剂和稀释剂按100：1-100：0-1：1-3:20-100的质量比混合，或是将水性环氧树脂、水性环氧固化剂、水按1：1-1.5:1-5质量比混合；
所述的表面填缝工序是用高分子胶液对0.1mm以上宽度的缝隙进行填充封闭；
所述的强压注胶工序是用注胶装置在10-60min的时间内将高分子胶液压强逐渐增大至100MPa，通过深孔完成前期渗胶与后期胀裂的过程，或用交流调压器在5-60min时间内将工频电压增大至220V，利用电加热器将深孔中的高分子胶液加热膨胀并产生气体而增大至100MPa压强；
所述的表面渗胶工序是用胀裂后散流的高分子胶液对石料的外表面进行涂刷封闭而成聚合石料。
其中所述的强压注胶是用注胶装置及注胶嘴，将最大压强为20-100MPa的高分子胶液注入若干个深孔中同步进行强力渗胶及胀裂，或者是用交流调压器与若干只分别穿插于深孔中的电加热器，同步产生400-800℃的高温，利用高分子胶液及其气体的膨胀力对岩石节理进行强力渗胶及胀裂。
本发明对节理裂隙石料可以采用30MPa以下的压强进行强力渗胶，在钻孔工序中不必进行刻槽，仅用深孔注胶方式实现其原构聚合。
与现有技术相比，本发明的特点及优势是：采用钻孔与高压注胶方式不仅提高了胶液渗透的深度，还用深孔形成了延伸到内部的加压空间，使得高分子胶液能够从内向外地扩散到岩石的节理及微孔之中；接近于100MPa的压强较现行的膨胀剂具有能量较大与快速增压的优点，由此在裂隙面的渗流量与隙宽的三次方成正比并与压力成正比的定律中，能够简易地达到前期渗胶而后期胀裂的双重效果；在深孔中刻槽是刻槽气胀技术的延伸，在其尖角接近于60°且深度达到圆孔直径的1/5—1/6时，利用其尖角处产生的应力集中与槽口撕裂效应，可以较小的膨胀力完成脆性岩石的受压分裂；在规模性的阶梯式开采中，每块分裂料体的三个胀裂面同时对其相领的三块料体形成预先强压渗胶的过程，也使所有料体的六个表面分别经受高压渗胶过程而达深层次的聚合效果，因此其工艺流程中的表面填缝工序可以取消；在长方形石料的轴心或中线进行钻孔及渗胶，并在其圆孔中配置钢制直筋，利用其中空结构使其脆性的矿物能够制作圆柱及大型佛像等工艺品；打排孔与刻槽及注胶的胀裂方法，对硅质玉类矿物的开采，较串珠绳锯的硬性切割方式，不论从开采成本及工效上均有显著的优势，还利用硬质矿物必然的脆性及其50-250kg/cm2的抗拉强度实现其缓冲裂解；用多级罗茨泵串联方式及较大承压结构的真空箱虽然能达到一定的渗胶效果，但与用柱塞泵及注胶嘴的注胶装置相比还是复杂得多，后者能达到的较高的强压也是前者不容易实现的；采用水性环氧树脂、水性环氧固化剂和水共同配制的胶液，利用环氧树脂分子上引入羟基、羧基、醚基等强水性基团而具有的水溶性，使其易于随水渗透进石料的结构层及微隙内，而在潮湿的缝隙中能够粘结固化，较好地实现矿物岩石原生节理与构造节理的胶结愈合，也易于在注胶之后用清水清洗；对双组分的尤其是油性的高分子胶液，采用并联的高压泵送入混溶器具及深孔中的增压方式，可以避免经常清洗增压器具的繁琐；脆性矿物与高分子材料的融洽结合必须在较高压力下才能完成，并由其原构聚合方式显著提其成荒料及成材率；钻孔注胶是对裂隙岩石及石料进行原有结构不变的合成，异构聚合是对散碎石块进行的合成，前者较后者的聚合方式不仅使用的树脂量要少，而且对保持天然矿物的属性及结构更有其优势；采用电加热器具对深孔中的有机或无机胶液进行加温膨胀的方式，是用电加热元件表面400-800℃的高温使胶液膨胀并产生气体膨胀力，用简易器具完成强力注胶及岩石脆性破裂过程；对有矿山圆盘锯或串珠绳锯条件的矿山可先垂直或水平切割出一个分离面，其余两个分离面用钻孔注胶方式进行胀裂。
本发明对硅质玉、闪石、花岗石、石英石、叠层石、蛇纹玉和大理石等因节理裂隙难以成材的矿物，利用深孔及高压力形成了胶液充分渗透于其中的条件，使得现行工艺无法加工的裂隙石材能够以原构聚合方式变废为宝，并用其强压注胶使硬质石料的开采简单化。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，对甘肃省瓜州县的敦煌玉和透闪石等干旱地区的矿山，采用钻孔注胶方式同时进行注胶聚合与高压胀裂的荒料开采，其工艺步骤为：
1、钻孔刻槽工序是用凿岩机及40mm的钻头，按照三个相互垂直的裂解面开采长方体荒料的方式，以20-100cm的间距及100-300cm的深孔分别钻成沿直线排列的三排深孔，再用刻槽工具（湖北建材研究院罗祖春）进行尖角为60度深度为8mm的刻槽，使深孔成为近似的菱形而增大受压面积；
2、设置注胶嘴工序是用3台高压注胶装置（北京利欧德裂缝处理中心），将多个注胶嘴与3台高压注胶装置连结，而后用环氧干挂结构胶（德国雅料美AKEPOX2030）将高压注胶嘴粘埋于各深孔口；
3、高分子胶液配置工序是用E44环氧树脂、EP固化剂、KH570偶联剂、丙酮稀释剂，随环境温度按100：10-100：1-3：20-100的质量比混合成双组份且分别的黏度为20cps的液体；
4、表面填缝工序是用高分子胶液与600网目的石英粉按1：4的质量比混合成黏状料，对岩体及石料表面的裂缝进行封闭处理；
5、强力注胶工序是在60min的时间内逐渐增压至30MPa，再以接近于100MPa的高压促使石料沿三个分离面裂解；
6、表面渗胶工序是用胀裂石料后散流的胶液对荒料的外表面及裂隙部位进行涂刷而成胶液包裹体；
实施例2
对花岗石和蛇纹石化大理石类用于雕刻圆柱和佛像的长方体石料。进行强力渗胶及强化的工艺步骤为：
1、钻孔工序是用薄壁钻沿长度方向的中心钻出直径为80mm且深度小于料体长度的一个深孔；
2、设置注胶嘴工序是用石材用结构胶将注胶嘴预埋于孔口中，并用高压胶管与一台高压注胶装置联通；
3、高分子胶液配置工序是用亚邦7936不饱和树脂、OT固化剂、KH570硅烷偶联剂和苯乙烯按100：2：2：80的质量比混合成单组份黏度为100cps的胶液；
4、表面填充工序是用不饱和树脂胶液配加石粉混合的黏性料对石料表面0.1mm以上宽度的缝隙进行填补；
5、强力注胶工序是用2-30MPa的压强及5-40min的时间的逐渐加压过程进行胶液的渗透及混溶，而后在深孔中插入螺纹型的钢筋或直筋；
6、表面渗胶工序是将轴心注胶的料体先进行40-55℃的预热，再用强力注胶配置的胶液进行其外表面的涂刷或浸泡于胶液中，而后送入真空箱内以-0.1-0.3MPa真空度进行真空抽制及90℃的加温固化，从而完成先用深孔强力渗胶与外表面用真空渗胶的强化过程，其中用三台真空度为-0.1MPa的罗茨泵串联方式进行真空抽制。
实施例3
对叠层石、石英岩、透闪石类具有明显裂隙的矿物，采用沿裂隙进行胀裂的工艺步骤为：
1、钻孔刻槽工序是对存在0.5mm以上宽度的具有明显裂隙的矿体，沿裂隙的垂直面进行间距为80cm的钻孔，并对垂直排列的两排深孔进行尖角为50°且深度为10mm的刻槽而使圆孔形成近似的菱似，其深孔及其刻槽的尖角成直线排列；
2、设置注胶嘴工序是将注胶嘴配置阀门与漏斗，在各深孔中分别插入500W电阻丝的加热器具，用两根绝缘导线沿管口与圆孔之间的缝隙引出并用结构胶粘固；
3、高分子胶液配置工序是用甲基丙烯酸甲酯、有机过氧化物类固化剂、促进剂、硅烷偶联剂、稀释剂按照100：1-3：0-1：1-3:20-100的质量比混合配置的黏度为100cps双组份的胶液；
4、表面填缝工序是用（武汉市科达云石护理材料有限公司）的环氧干挂结构胶对矿体表面的裂隙进行封闭处理；
5、强力注胶工序是用一台交流调压器控制各电加热器具，在5-60min逐渐增大至220V电压，以加热元件表面接近于800℃的高温使胶液气化而进行强力渗胶，并在其后期使脆性的岩石胀裂分离；
6、表面渗胶工序是用胀裂后散流的树脂液对石料外表面全部进行涂刷处理，经自然固化而完成钻孔注胶式开采裂隙石料的全过程。
实施例4
对蛇纹玉和米黄大理石类潮湿地带的矿物，用圆盘锯先垂直锯出一个分离面，其余两个分离面采有钻孔注胶方式同时进行注胶聚合与高压胀裂的荒料开采，其工艺步骤为：
1、钻孔刻槽工序是在相互垂直的分离面用凿岩机钻出孔径为30mm且深度为170cm的三排深孔，再用刻槽工具分别进行对称的尖角为60度且深度为5mm的尖角刻槽；
2、设置注胶嘴工序是将高压注胶嘴的管口分别紧固于各φ30mm的深孔孔口中；
3、高分子胶液配置工序是用上海汉中化工公司的H206—A水性环氧树脂、H206—B水性环氧固化剂和水（清水）按1：1—1.5：3—5的质量比混合成高压注胶用的水性环氧混合液，在现场按渗透深度及温度对基本配方进行调节；
4、表面填缝工序是用水性环氧混合液与水泥按1：3的质量比混合的黏状物对裂缝进行填充处理；
5、强力注胶工序是用多台100MPa的柱塞泵增压的高压注胶装置分别经分流管路对高压注胶嘴及二排深孔，以逐渐增压至接近于100MPa的高压力同步进行强压渗胶及胀裂，其后抽取清水进行清洗；
6、表面渗胶工序是用散流及剩余的水性环氧混合液对分离出的石料的外表面进行涂刷处理，经自然固化完成内含较多水份的岩石从内向外的节理渗透及注胶胀裂的过程。
Claims (4)
1.一种钻孔注胶式开采加工裂隙石料的方法，其特征在于：采用高分子胶液与注胶装置，利用深孔进行强压注胶，并用20-100MPa的压强对石料进行胀裂，经钻孔刻槽工序、设置胶嘴工序、高分子胶液配置工序、表面填缝工序、强压注胶工序和表面渗胶工序完成节理裂隙岩石的胶结愈合及注胶胀裂；
所述的钻孔刻槽工序是在裂隙岩石的垂直与水平两个方向分别用凿岩机钻出直径为30-80mm且相互间距为200-1000mm的沿直线排列的若干个深孔，并用刻槽工具对深孔分别进行对称V型的深度为5-10mm的刻槽；
所述的设置胶嘴工序是将若干个注胶嘴分别粘结并紧固于各深孔孔口位置，并用高压胶管分别联接于注胶装置；
所述的高分子胶液配制工序是用环氧树脂或不饱和树脂或甲基丙烯酸甲酯分别与固化剂、促进剂、偶联剂和稀释剂按100：1-100：0-1：1-3:20-100的质量比混合，或是将水性环氧树脂、水性环氧固化剂、水按1：1-1.5:1-5质量比混合；
所述的表面填缝工序是用高分子胶液对0.1mm以上宽度的缝隙进行填充封闭；
所述的强压注胶工序是用注胶装置在10-60min的时间内将高分子胶液压强逐渐增大至100MPa，通过深孔完成前期渗胶与后期胀裂的过程；
所述的表面渗胶工序是用胀裂后散流的高分子胶液对石料的外表面进行涂刷封闭而成聚合石料。
2.根据权利要求1所述的一种钻孔注胶式开采加工裂隙石料的方法，其特征在于：所述的强压注胶是用注胶装置及注胶嘴，将最大压强为20-100MPa的高分子胶液注入若干个深孔中同步进行强力渗胶及胀裂。
3.一种钻孔注胶式开采加工裂隙石料的方法，其特征在于：采用高分子胶液与注胶装置，利用深孔进行强压注胶，并用20-100MPa的压强对石料进行胀裂，经钻孔刻槽工序、设置胶嘴工序、高分子胶液配置工序、表面填缝工序、强压注胶工序和表面渗胶工序完成节理裂隙岩石的胶结愈合及注胶胀裂；
所述的钻孔刻槽工序是在裂隙岩石的垂直与水平两个方向分别用凿岩机钻出直径为30-80mm且相互间距为200-1000mm的沿直线排列的若干个深孔，并用刻槽工具对深孔分别进行对称V型的深度为5-10mm的刻槽；
所述的设置胶嘴工序是用绝缘导线将各深孔中的电加热器与交流调压器连接；
所述的高分子胶液配制工序是用环氧树脂或不饱和树脂或甲基丙烯酸甲酯分别与固化剂、促进剂、偶联剂和稀释剂按100：1-100：0-1：1-3:20-100的质量比混合，或是将水性环氧树脂、水性环氧固化剂、水按1：1-1.5:1-5质量比混合；
所述的表面填缝工序是用高分子胶液对0.1mm以上宽度的缝隙进行填充封闭；
所述的强压注胶工序是用交流调压器在5-60min时间内将工频电压增大至220V，利用电加热器将深孔中的高分子胶液加热膨胀而增大至100MPa压强；
所述的表面渗胶工序是用胀裂后散流的高分子胶液对石料的外表面进行涂刷封闭而成聚合石料。
4.根据权利要求3所述的一种钻孔注胶式开采加工裂隙石料的方法，其特征在于：所述的强压注胶是用交流调压器与若干只分别穿插于深孔中的电加热器，同步产生400-800℃的高温，利用高分子胶液及其气体的膨胀力对岩石节理进行强力渗胶及胀裂。
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