CN104121830A - 一种膨胀管式准静态水压力破裂岩石的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膨胀管式准静态水压力破裂岩石的方法。该方法是首先在岩石中开凿和耐高压的膨胀管尺寸相当的钻孔，然后将耐高压的橡胶膨胀管和高压泵站用高压管连接，将耐高压的膨胀管插入钻孔中，检查各个联接部位无问题后，启动高压泵站，当膨胀管被充入高压水后开始膨胀，达到一定压力时，岩石发生破裂，发生响声，整个爆破完成；剩余工作利用风镐工具对岩石大块进行破碎，然后装运。本发明用的耐高压的膨胀管替代复杂的破碎剂工艺，节省了材料的制作、加工和调制等，节省了成本，简化了操作流程，使得技术变得更加简单、高效，安全性能同时也得到可靠的提高，并且能够适用各种大小岩体。

Description

一种膨胀管式准静态水压力破裂岩石的方法

技术领域

本发明涉及的是一种膨胀管式准静态水压力破裂岩石的方法。

背景技术

岩石爆破的方法有很多种，通常多采用炸药爆破方式进行。但是城市居民密集区的楼房、岩石边坡等地区不适合采用炸药剧烈爆破，这些岩石工程通常要采用静态爆破的方式。现在常见的静态爆破方式有静态破碎剂破碎方式和劈裂机破裂方式等。

在静态破碎剂破碎方式中，静态破碎剂使用的成本较高，现代工程施工每立方要花费300元，并且施工工艺难度大，对环境条件要求较高，爆破时间长，不容易控制工期。同时，又因为静态破碎剂破碎方式是依靠破碎剂的化学反应的热膨胀效应而产生高压破碎岩石的，经常有喷孔伤人的危险，其危险性较高。

劈裂机破碎方式一般使用在道路路面混凝土破碎、小型岩石的破裂工程中。劈裂机采用楔形强行压入岩石孔隙达到拉裂岩石的目的，这种楔形材料对提供高压的设备要求较高，并且制作的劈裂枪的长度受到了限制，目前最长的破裂枪达到600mm，因此劈裂岩石的深度非常有限，限制了其应用范围。

发明内容

本发明为了提高静态破碎效率，降低破碎岩石成本，减小破碎施工中的危险，提供了一种膨胀管式准静态水压力破裂岩石的方法。

本发明的技术方案如下：

一种膨胀管式准静态水压力破裂岩石的方法，其技术方案为：首先在岩石中开凿比耐高压的膨胀管直径大1～2mm的钻孔，然后将耐高压的橡胶膨胀管和高压泵站用高压管连接，将耐高压的膨胀管插入钻孔中，检查各个联接部位无问题后，启动高压泵站，当膨胀管被充入高压水后开始膨胀，达到一定压力时，岩石发生破裂，发生响声，整个爆破完成；剩余工作利用风镐工具对岩石大块进行破碎，然后装运。

所述的高压泵站为电动高压泵或手动高压泵。

所述的钻孔的深度超过一根膨胀管的深度时，采用两根或两根以上的管子相连接，对于露出岩石段的膨胀管用与其尺寸略大的厚壁钢管连接。

因为岩石的抗拉强度远远小于抗压强度，大约为1/10～1/15，故岩石在较低的压力下发生拉裂破坏，从而起到静态爆破的效果。这种爆破不受环境、温度、工具使用熟练程度等因素的影响，快速破裂，对周围环境无影响，不产生污染物，并且可以重复使用，绿色环保，低碳，最重要的是爆破效率高，成本低，并且不受岩石大小的影响。

本发明用的耐高压的膨胀管替代复杂的破碎剂工艺，节省了材料的制作，加工和调制等，节省了成本，简化了操作流程，使得技术变得更加简单、高效，安全性能同时也得到可靠的提高，并且能够适用各种大小岩体。

附图说明

图1为膨胀管式准静态水压力破裂岩石的装置图。图中，1电动高压泵或手动高压泵，2高压管，3膨胀管，4岩石块体。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1

本实施例的膨胀管式准静态水压力破裂岩石的装置如图1所示，以耐高压的橡胶膨胀管(耐高压的橡胶膨胀管市场上可买到)替代“破碎剂”和“劈裂枪”，膨胀管的压力来自于管外的电动高压泵(或手动高压泵)，膨胀管和电动高压泵(或手动高压泵)用高压管相连接。破裂岩石的具体方法为：首先在岩石中开凿比膨胀管直径大1-2mm的钻孔(若钻孔的深度增加过大，超过一根膨胀管时，采用两根或两根以上的膨胀管相连接，对于露出岩石段的膨胀管用与其尺寸略大的厚壁钢管连接，以起到约束的作用，防治膨胀管没有岩石钻孔作用时发生破坏。)；其次将电动高压泵与膨胀管联接好；第三，待检查各个联接部位无问题后，启动电动高压泵，当膨胀管被充入高压水后开始膨胀，达到一定压力时，岩石发生破裂，发生响声，整个爆破完成。

实验分两组进行，一组是无配筋，一组配有Φ15钢筋，具体的方案如下：

一、实验材料

1、混凝土

32.5#普通硅酸盐水泥、砂、石子、水；模板采用的厚度为10mm的胶合板。

2、膨胀管

耐高压的橡胶膨胀管，尺寸为Φ48×1000mm，最大膨胀压力为40MPa，最大无约束变形尺寸为Φ80。耐高压的橡胶膨胀管一般用于煤矿、石油开采，具体如煤层注水封孔器等。实验用到的是煤层注水封孔器。

3、电动高压泵

采用的是玉环牌电动高压泵，最大工作压力为70MPa，工作电压为220V，工质可以为水、乳化液、液压油。实验时用的是水。

4、高压管

连接膨胀管、电动高压泵的高压管是耐高压橡胶管，尺寸为Φ30，承受压力为60MPa。

二、实验过程及实验结果

第一组实验：无筋混凝土试验

1、先利用木板定制成一个混凝土模板，尺寸大小：300mm×300mm×1000mm，设计的一个钻孔位于混凝土模板中间，尺寸为Φ50mm×1000mm；然后再往木模板中浇筑混凝土。混凝土按照C30标准比例(水泥、砂、石子、水的质量比为0.38∶1∶1.11∶2.72)配制，采用标号为32.5普通硅酸盐水泥，待混凝土养护28天强度达到设计标准。

2、将耐高压的橡胶膨胀管插入混凝土试件预留钻孔中，然后通电加高压，当压力上升到10MPa左右时，混凝土开裂，破坏试验完成。

3、实验结果

在高压橡胶膨胀管的作用下，岩石被拉伸破坏，此时的混凝土呈现上下缝开裂，被一分两半，两半个混凝土可以立即分离。开裂处往往是从抗拉强度最小处开裂破坏，这就是静力破坏。这种现象一般声音较小，出现“砰”的一声，膨胀管中的压力迅速降为零，此时混凝土中开裂出上下贯穿的裂缝，从而完成破裂。

根据资料显示，高强度混凝土、普通混凝土和轻质混凝土的抗拉强度一般最高在11MPa，这与大理石、玉石、花岗岩的抗拉强度大致相当。由于现实中的岩石多有裂隙层理，因此抗拉强度的范围较大，如花岗岩的抗拉强度为5～25MPa，玄武岩的抗拉强度为10～30MPa，应用本实验中耐高压的橡胶膨胀管是完全可以破坏的。

第二组实验：钢筋混凝土实验

在第一组无筋混凝土实验成果后，为了增大实验难度，在混凝土里面加入钢筋。

1、先利用木板定制成一个混凝土模板，尺寸大小：300mm×300mm×1000mm，设计的一个钻孔位于混凝土模板中间，尺寸为Φ50mm×1000mm；然后再往木模板中浇筑混凝土。将Φ15mm×900mm的钢筋扎成圆筒状放入正在浇筑的混凝土，并将Φ50mm×1000mm PVC管放入钢筋混凝土预设位置，留作钻孔之用；然后继续浇筑至模型完成，混凝土按照C30标准比例(水泥、砂、石子、水的质量比为0.38∶1∶1.11∶2.72)配置，采用标号为32.5普通硅酸盐水泥，待混凝土养护28天强度达到设计标准。

2、将耐高压的橡胶膨胀管插入混凝土试件预留钻孔中，然后通电加高压，当压力上升超到10MPa时，混凝土开裂，破坏试验完成。

3、实验结果

这一组的混凝土呈现水平开裂，被上下分为两半，同时由于混凝土中钢筋笼的存在，开裂的两半没有办法分离。钢筋笼的存在并没有明显增大混凝土的抗拉强度，但是结构上使得整个混凝土只出现开裂，并不能完全分崩离析。

在实验过程中也出现了第一组实验的同样现象。

在耐高压的橡胶膨胀管的作用下，岩石被拉伸破坏，呈现出上下贯通的裂缝，混凝土被一分为二，混凝土开裂是，发出“砰”的一声，膨胀管中压力迅速将为零，完成破裂。

实施例2

根据文献资料(游宝坤.静态破碎技术——无声破碎剂及其应用[M].中国建材工业出版社，北京，2008，44-50.)中的用静态破碎剂实验，以此与本实验对比分析。

实验采用的450mm×750mm×500mm的大块混凝土作实验模型，试块的抗压强度为40MPa，模型中钻孔孔径Φ30mm，孔深400mm。单个菱形孔、单圆孔和双圆孔各两块，双圆孔存在时，孔距为300mm。静态破碎剂采用的是中国建材研究总院研制生产的SCA无声破碎剂，水灰比0.28。整个破坏实验历时10～28小时，试块呈现出不同类型贯穿裂缝，有的成十字交叉裂缝，有的一分为二的贯穿裂缝，有的呈现三叶状裂缝。

对比静态破碎剂实验，本发明的实验整个破碎过程历时仅仅2分钟左右，时间大为缩短，并且操作简单，膨胀管工作压力仅为最大限值的1/5～1/4，这样不仅使用安全，而十分经济，可以不断的重复使用，节约了经济成本和时间成本。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种膨胀管式准静态水压力破裂岩石的方法，其特征在于，在岩石中开凿比耐高压的膨胀管直径大1～2mm的钻孔，然后将耐高压的橡胶膨胀管和高压泵站用高压管连接，将耐高压的膨胀管插入钻孔中，检查各个联接部位无问题后，启动高压泵站，当膨胀管被充入高压水后开始膨胀，达到一定压力时，岩石发生破裂，发生响声，整个爆破完成；剩余工作利用风镐工具对岩石大块进行破碎，然后装运。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述高压泵站为电动高压泵或手动高压泵。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述钻孔的深度超过一根膨胀管的深度时，采用两根或两根以上的管子相连接，对于露出岩石段的膨胀管用与其尺寸略大的厚壁钢管连接。