CN105156109B - 一种热膨胀裂石剂的多级可控装药方法 - Google Patents

一种热膨胀裂石剂的多级可控装药方法 Download PDF

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本发明涉及一种热膨胀裂石剂的多级可控装药方法，属于材料科学与工程技术交叉领域。适用于热膨胀裂石剂高深度钻孔装药，热膨胀裂石剂为松装，密度均匀，不影响现有钻孔分布，能够适应现有热膨胀裂石剂施工条件；热膨胀裂石剂使用效率高，使用过程能够精确控制装药量及点火头的放置位置，确保同种岩石在同种装药条件下裂石效果一致；能够保证热膨胀裂石剂热量短程聚集，热膨胀力近程做功，确保钻孔周围的裂石效果；装药方法科学，操作过程安全，不影响现有热膨胀裂石剂产品的正常施工，利用该方法可对高钻孔深度的裂石效果进行精确调控及预测，大大节省裂石剂用量，降低经济成本，提高经济效益。

Description

一种热膨胀裂石剂的多级可控装药方法
技术领域
本发明涉及一种热膨胀裂石剂的多级可控装药方法，属于材料科学与工程技术交叉领域。
背景技术
随着可持续发展战略的实施，资源节约、科学高效施工理念逐渐成为工程人员的共识。通过科学的工艺操作方法提高产品的利用效率，减少资源浪费，以进一步挖掘产品的经济效益、社会效益与生态效益，是产品能够具有长期应用价值的关键。
热膨胀裂石剂通过化学反应释放出较多热量，是裂石剂产品的一个新品种，热量释放产生的高温可以加热和破坏周围介质，产生的部分气体由于高温热膨胀作用而对周围介质做功。由于产生气体量少，仅仅能够形成弱膨胀压且压力衰减很快，做功范围小，具有无声、可控、快速、经济成本低、使用简单、施工和运输安全、环保等优点，可以在岩石破碎、沟槽沉井开凿、混凝土基础拆除等领域应用。
然而，静态裂石剂历年使用经验表明，裂石剂产品的操作简单性和安全性导致在实际工程应用中没有明确的用量和装药方法标准，往往都是根据钻孔的实际容量大小进行灌注，忽视了对裂石剂装药的控制，以至于在使用过程中对药量把握不准的现象层出不穷，这在对裂石剂造成巨大的浪费的同时，对工程施工也造成了很多不确定性，大大降低了裂石剂的使用效率。
热膨胀裂石剂作为裂石剂新品种，产品为干燥的颗粒，使用过程无水，使用时需利用点火头装置进行引燃，这与传统静态裂石剂的使用方法具有本质的不同。由于需要利用点火头装置进行引燃，因此点火头在钻孔中的放置位置对热膨胀裂石剂的最终裂石效果有着决定性影响；钻孔中热膨胀裂石剂的填充量与填充密度也是能否安全可控裂石的关键。而热膨胀裂石剂的钻孔深度往往超过几米，甚至达到十几米，实现点火头的放置准确定位、实现填充密度与填充量准确可控面临着极大的困难。因此有必要建立热膨胀裂石剂的多级装药方法，标准化规范控制热膨胀裂石剂的使用量，从而使热膨胀裂石剂在使用过程中更加安全可控、更加节约高效。因此这对于热膨胀裂石剂产品的市场发展十分重要。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术无法准确对点火头位置进行定位、且在使用过程中无法控制热膨胀裂石剂的使用量的问题，提供的一种热膨胀裂石剂的多级可控装药方法。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种热膨胀裂石剂的多级可控装药方法，具体步骤如下：
步骤一、待开裂岩石进行钻孔，根据岩石钻孔半径R0与深度H，选取外半径为(R0-0.5)mm装料筒与内置纸筒；内置纸筒的外径与装料筒的内径相同；装料筒的高度h相同且已知；
所述装料筒的数量m为：对H/h计算结果取整数位后再加1；
对各装料筒按照n1、n2、……、nm进行分级标号，多级内置纸筒置于多级装料筒内部；
内置纸筒一端为预封口，另一端为敞口；
步骤二、由钻孔底部至顶部，多级装料筒依次为n1、n2、……、nx、……nm；其中点火头所在装料筒标号为nx，该装料筒侧壁上预置有线路孔，便于点火头导线的引出；
步骤三、分别对多级装料筒进行装药；多级内置纸筒置于多级装料筒内部；内置纸筒预封口端对应的装料筒端用密封盖进行密封，然后进行装药，直至与内置纸筒敞口端齐平；点火头所在装料筒装药方法为将热膨胀裂石剂装到指定位置时加入点火头，再继续装药，直至与内置纸筒敞口端齐平；需保证连接后装有热膨胀裂石剂的内置纸筒的高度小于钻孔的高度；
所述装料筒与密封盖为螺纹连接；
步骤四、将标号n1的装料筒密封盖打开，装料筒n1置于步骤一岩石钻孔中，内置纸筒的预封口端朝向孔底；然后取标号n2的装料筒，打开密封盖，与标号n1的装料筒螺纹连接；再依次将剩余装料筒按标号顺序螺纹连接，连接处外径与装料筒其它地方保持一致；
步骤五、用投料杆将各级装料筒依次取出，取出时将装料筒螺纹断开；只留装满热膨胀裂石剂的内置纸筒于钻孔中；
步骤六、用与钻孔直径相同的纸板置于内置纸筒上端，纸板上方填充厚度为5～10cm的细砂，密封、压实，此时装药完毕；
所述步骤一岩石钻孔深度一般大于2.0m；
所述步骤五用投料杆将装料筒于钻孔中缓慢取出，具体方法为：将投料杆插入装料筒，按住投料杆不动，将装料筒轻轻上提，各级装料筒超出钻孔后，将螺纹断开并取下，上提过程中投料杆保持不动，以确保内置纸筒位置不动；
所述多级装料筒每个长度为80～170cm，无色透明，由抗静电高聚物材料制备而成，装料筒壁厚d随装料筒内半径r不同而不同，两者关系为d＝(0.049～0.095)r；
所述薄纸板内径与装料筒内径相同，防止细砂在封口过程中沿原装料筒位置缝隙下落而填充原装料筒位置缝隙。
有益效果
1、本发明的一种热膨胀裂石剂的多级可控装药方法，适用于热膨胀裂石剂高深度钻孔装药，热膨胀裂石剂为松装，无需捣实，密度均匀，容易操作，不影响现有钻孔分布，能够适应现有热膨胀裂石剂施工条件；
2、本发明的一种热膨胀裂石剂的多级可控装药方法，热膨胀裂石剂使用效率高，可通过高度已知的装料筒精确控制装药量及点火头的放置位置，确保同种岩石在同种装药条件下裂石效果一致；
3、本发明的一种热膨胀裂石剂的多级可控装药方法，通过调控各级装料筒的壁厚，可以在保证热膨胀裂石剂在钻孔内有一定的无药空间，保证热膨胀裂石剂热量短程聚集，热膨胀力的近程做功，确保钻孔周围的裂石效果；
4、本发明的一种热膨胀裂石剂的多级可控装药方法，装药方法科学，操作过程安全，不影响现有热膨胀裂石剂产品的正常施工，利用该方法可对高钻孔深度的裂石效果进行精确调控及预测，大大节省裂石剂用量，降低经济成本，提高经济效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的内容作进一步描述。
实施例1
待开裂岩石进行钻孔，岩石钻孔半径20mm，深度7.5m，选取外半径为19.5mm、长度为1.52m、壁厚为1.44mm的5个多级装料筒与5个多级内置纸筒，多级内置纸筒置于多级装料筒内部；对各装料筒按照1、2、3、4、5进行分级标号，其中，1、2、3、4号装料筒的内置纸筒高度为1.50m；5号装料筒的内置纸筒高度为1.40m；点火头所在装料筒标号为3，装料筒侧壁上预置有线路孔，便于点火头导线的引出；多级内置纸筒置于多级装料筒内部，内置纸筒预封口端对应的装料筒端用密封盖进行密封，分别对1、2、4、5多级装料筒进行装药，直至热膨胀裂石剂与内置纸筒敞口端齐平；对点火头所在标号为3的装料筒装药，方法为将热膨胀裂石剂装到施工人员指定的装料筒中间位置时加入点火头，再继续装药，直至与内置纸筒敞口端齐平；需保证连接后装有热膨胀裂石剂的内置纸筒的高度小于钻孔的高度；装药过程为粒状热膨胀裂石剂颗粒自然松装，不用其它工具再次压实，以确保装药密度的一致性；将标号1的装料筒密封盖打开，装料筒1置于岩石钻孔中，内置纸筒的预封口端朝向孔底；然后取标号2的装料筒，打开密封盖，与标号1的装料筒螺纹连接，螺纹宽度为2cm；再依次将剩余3、4、5装料筒按标号顺序螺纹连接，连接处外径与装料筒其它地方保持一致；将投料杆插入装料筒，按住投料杆不动，将装料筒轻轻上提，各级装料筒超出钻孔后，将螺纹断开并取下，上提过程中投料杆保持不动，以确保内置纸筒位置不动，将各级装料筒依次取出，只留装满热膨胀裂石剂的内置纸筒于钻孔中；用与钻孔直径相同的纸板置于内置纸筒上端，防止细砂在封口过程中沿原装料筒位置缝隙下落而填充原装料筒位置缝隙，纸板上方填充厚度为10cm的细砂，密封、压实，此时装药完毕；经使用，裂石效果良好，不同钻孔位置开裂效果基本一致。
实施例2：
待开裂岩石进行钻孔，岩石钻孔半径40mm，深度15m，选取外半径为39mm、长度为1.52m、壁厚为3.38mm的10个多级装料筒与10个多级内置纸筒，多级内置纸筒置于多级装料筒内部；对各装料筒按照1、2、……、10进行分级标号，其中，1、2、……、9号装料筒的内置纸筒高度为1.50m；10号装料筒的内置纸筒高度为1.40m；点火头所在装料筒标号为5，装料筒侧壁上预置有线路孔，便于点火头导线的引出；多级内置纸筒置于多级装料筒内部，内置纸筒预封口端对应的装料筒端用密封盖进行密封，分别对除点火头所在装料筒之外的多级装料筒进行装药，直至热膨胀裂石剂与内置纸筒敞口端齐平；对点火头所在标号为5的装料筒装药，方法为将热膨胀裂石剂装到施工人员指定的距离装料筒上端四分之一处位置时加入点火头，再继续装药，直至与内置纸筒敞口端齐平；需保证连接后装有热膨胀裂石剂的内置纸筒的高度小于钻孔的高度；装药过程为粒状热膨胀裂石剂颗粒自然松装，不用其它工具再次压实，以确保装药密度的一致性；将标号1的装料筒密封盖打开，装料筒1置于岩石钻孔中，内置纸筒的预封口端朝向孔底；然后取标号2的装料筒，打开密封盖，与标号1的装料筒螺纹连接，螺纹宽度为2cm；再依次将剩余多级装料筒按标号顺序螺纹连接，连接处外径与装料筒其它地方保持一致；将投料杆多级插入装料筒，按住投料杆不动，将多级装料筒轻轻上提，各级装料筒超出钻孔后，将螺纹断开并取下，上提过程中投料杆保持不动，以确保内置纸筒位置不动，将各级装料筒依次取出，只留装满热膨胀裂石剂的内置纸筒于钻孔中；用与钻孔直径相同的纸板置于内置纸筒上端，防止细砂在封口过程中沿原装料筒位置缝隙下落而填充原装料筒位置缝隙，纸板上方填充厚度为10cm的细砂，密封、压实，此时装药完毕；经使用，裂石效果良好，不同钻孔位置开裂效果基本一致。
实施例3：
待开裂岩石进行钻孔，岩石钻孔半径20mm，深度10m，选取外半径为19.5mm、长度为1.52m、壁厚为1.35mm的7个多级装料筒与7个多级内置纸筒，多级内置纸筒置于多级装料筒内部；对各装料筒按照1～7进行分级标号，其中其中，1、2、……、6号装料筒的内置纸筒高度为1.50m；7号装料筒的内置纸筒高度为0.90m；点火头所在装料筒标号为4，装料筒侧壁上预置有线路孔，便于点火头导线的引出；多级内置纸筒置于多级装料筒内部，内置纸筒预封口端对应的装料筒端用密封盖进行密封，分别对除点火头所在装料筒之外的多级装料筒进行装药，直至热膨胀裂石剂与内置纸筒敞口端齐平；对点火头所在标号为4的装料筒装药，方法为将热膨胀裂石剂装到施工人员指定的距离装料筒下端五分之一处位置时加入点火头，再继续装药，直至与内置纸筒敞口端齐平；需保证连接后装有热膨胀裂石剂的内置纸筒的高度小于钻孔的高度；装药过程为粒状热膨胀裂石剂颗粒自然松装，不用其它工具再次压实，以确保装药密度的一致性；将标号1的装料筒密封盖打开，装料筒1置于岩石钻孔中，内置纸筒的预封口端朝向孔底；然后取标号2的装料筒，打开密封盖，与标号1的装料筒螺纹连接，螺纹宽度为2cm；再依次将剩余多级装料筒按标号顺序螺纹连接，连接处外径与装料筒其它地方保持一致；将投料杆多级插入装料筒，按住投料杆不动，将多级装料筒轻轻上提，各级装料筒超出钻孔后，将螺纹断开并取下，上提过程中投料杆保持不动，以确保内置纸筒位置不动，将各级装料筒依次取出，只留装满热膨胀裂石剂的内置纸筒于钻孔中；用与钻孔直径相同的纸板置于内置纸筒上端，防止细砂在封口过程中沿原装料筒位置缝隙下落而填充原装料筒位置缝隙，纸板上方填充厚度为10cm的细砂，密封、压实，此时装药完毕；经使用，裂石效果良好，不同钻孔位置开裂效果基本一致。

Claims (5)

1.一种热膨胀裂石剂的多级可控装药方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一、待开裂岩石进行钻孔，根据岩石钻孔半径R0与深度H，选取装料筒与内置纸筒，装料筒外半径为(R0-0.5)mm；内置纸筒的外径与装料筒的内径相同；装料筒的高度h相同；
所述装料筒的数量m为：对H/h计算结果取整数位后再加1；
对各装料筒按照n1、n2、……、nm进行分级标号，内置纸筒置于装料筒内部；
内置纸筒一端为预封口，另一端为敞口；
步骤二、由钻孔底部至顶部，装料筒依次为n1、n2、……、nx、……nm；其中点火头所在装料筒标号为nx，该装料筒侧壁上预置有线路孔，便于点火头导线的引出；
步骤三、分别对装料筒进行装药；内置纸筒置于装料筒内部；内置纸筒预封口端对应的装料筒端用密封盖进行密封，然后进行装药，直至与内置纸筒敞口端齐平；点火头所在装料筒装药方法为将热膨胀裂石剂装到指定位置时加入点火头，再继续装药，直至与内置纸筒敞口端齐平；需保证连接后装有热膨胀裂石剂的内置纸筒的高度小于钻孔的高度；
步骤四、将标号n1的装料筒密封盖打开，装料筒n1置于步骤一岩石钻孔中，内置纸筒的预封口端朝向孔底；然后取标号n2的装料筒，打开密封盖，与标号n1的装料筒螺纹连接；再依次将剩余装料筒按标号顺序螺纹连接，连接处外径与装料筒其它地方保持一致；
步骤五、用投料杆将各级装料筒依次取出，取出时将装料筒螺纹断开；只留装满热膨胀裂石剂的内置纸筒于钻孔中；
步骤六、用与钻孔直径相同的纸板置于内置纸筒上端，纸板上方填充厚度为5～10cm的细砂，密封、压实，此时装药完毕。
2.如权利要求1所述的一种热膨胀裂石剂的多级可控装药方法，其特征在于：所述装料筒每个长度为80～170cm，装料筒壁厚d随装料筒内半径r不同而不同，两者关系为d＝(0.049～0.095)r。
3.如权利要求1或2所述的一种热膨胀裂石剂的多级可控装药方法，其特征在于：所述装料筒无色透明，由抗静电高聚物材料制备而成。
4.如权利要求1所述的一种热膨胀裂石剂的多级可控装药方法，其特征在于：所述步骤五用投料杆将装料筒于钻孔中缓慢取出，具体方法为：将投料杆插入装料筒，按住投料杆不动，将装料筒轻轻上提，各级装料筒超出钻孔后，将螺纹断开并取下，上提过程中投料杆保持不动，以确保内置纸筒位置不动。
5.如权利要求1所述的一种热膨胀裂石剂的多级可控装药方法，其特征在于：所述装料筒与密封盖为螺纹连接。
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