CN109209377A - 一种岩层破采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种岩层破采方法，按照预设的沟槽方向、宽度、深度在岩层上开挖出沟槽，沟槽长度方向间隔设置若干的破岩位置，在破岩位置处沿沟槽的深度方向间隔设置多个顶推点，从最底部的顶推点开始由下往上依次采用顶推装置对沟槽两侧壁进行顶推扩张作业，使得岩层松动或破裂。本发明所述的岩层破采方法利用开沟装置对硬岩层进行开挖沟槽，然后通过顶推扩张沟槽来使岩层产生足够的相对移位，顶推装置的顶推力大，顶推行程大，从岩石的内部施加扩张力从而有效的达到使岩石开裂破碎的效果，岩层破采效率高，作业成本低。

Description

一种岩层破采方法

技术领域

本发明涉及岩石开采技术领域，尤其涉及一种岩层破采方法。

背景技术

在建筑工地的基础施工和矿山开采作业中，对于硬度较高的岩层破采一般采用爆破和机械破采的方式，爆破方式的成本低，效率高，但危险性好，只在对安全要 求不是很高的地方被采用；机械破采方式的安全性高，但成本也高，主要被用于对 安全和文明施工要求较高的地方。传统的机械破采有破碎锤和裂石器等，如专利号 zl92206900x、zl96205020.2所述的岩石破碎装置，通常是在硬岩中钻孔，然后用裂 石器插入孔中，通过液压方式将插入的横切面变宽，由此使岩石开裂，从而达到破 岩目的，扩张行程小，难以使岩石有效碎裂，破采效率低，作业成本高。

现有技术中还有气体爆破的岩层破采方式，如专利号cn201610150493.6，cn201710343364.3所述的技术方案，但是破岩效率有限，并且伴随着震动燥音。还 有在岩层上开槽后用破粹锤等工具楔入的方式，扩张行程小，难以使岩石有效碎裂， 破采效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种开沟装置，解决目前技术中的岩层破采方式难以使岩层有效松动碎裂，破采效率 低的问题。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：

1、一种岩层破采方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.按照预设的沟槽方向、宽度、深度在岩层上开挖出沟槽；

B.沿沟槽长度方向间隔设置若干的破岩位置，在破岩位置处沿沟槽的深度方 向间隔设置多个顶推点，在顶推点处采用顶推装置对沟槽两侧壁进行顶推扩张作业， 使得岩层松动或破裂。

本发明的所述的岩层破采方法采用开沟装置对岩层开设沟槽后再利用顶推装置对沟槽进行顶推扩张，利用岩石硬脆性，即抗拉强度远远小于抗压强度的特点，从 岩石的内部施加扩张力而达到使岩石开裂或破碎的效果，顶推装置的顶推行程大、 顶推力打，顶推扩张作业能有效的使岩层松动或破裂，破采效率高，作业成本低。 岩层的厚度大、体量大，需要开设的沟槽深度较深，顶推装置的顶推区域相对较小， 难以使岩层整体破裂，因此在沟槽的深度方向上设置多个顶推点，使得岩层能在沟 槽的深度方向上整体碎裂，有效的提高破采效率。

优选的，所述的步骤B中从最底部的顶推点开始由下往上依次采用顶推装置对 沟槽两侧壁进行顶推扩张作业，使得岩层松动或破裂，采用由下往上依次顶推的方 式能避免石块落下造成沟底无法放入顶推位置进行顶推扩张。

优选的，所述的步骤B中在深度方向的若干顶推点处同时采用顶推装置对沟槽 两侧壁进行顶推扩张作业，增大顶推力或顶推面积，提高岩层破采效率，使得岩层 能够整体松动或破裂，从而采用型号较少的顶推装置就能适应不同的岩层需求，提 供作业效率，降低作业成本。

优选的，所述的步骤B中在若干个破岩位置的顶推点处同时采用顶推装置对沟 槽两侧壁进行顶推扩张作业，增大顶推力或顶推面积，提高岩层破采效率，使得岩 层能够整体松动或破裂，从而采用型号较少的顶推装置就能适应不同的岩层需求， 提供作业效率，降低作业成本。

优选的，所述的步骤B中在一个破岩位置顶推扩张完成后，再将顶推装置放入 此条沟槽内与此破岩位置相邻的破岩位置进行顶推扩张作业。本发明沿着沟槽的长 度方向依次对若干的破岩位置进行顶推扩张作业，最终将整个沟槽顶推扩宽，使得 岩层沿着沟槽方向被有效破裂，破岩开采效率高。

优选的，在相邻破岩位置的中间位置处再对沟槽进行顶推扩张作业，避免岩层 局部未有效破裂而出现较大的岩石，提高碎裂效果，满足装车要求。

优选的，所述的步骤B中顶推装置在完成一次顶推行程后使顶推装置缩回，在 顶推装置顶推方向的一端或两端逐次叠加若干垫块后再次对沟槽的同一位置处进行 顶推扩张作业，增大顶推行程，从而顶推装置能使沟槽的侧壁产生更大的移位，从 而从岩石的内部施加更大的扩张力，加大岩层的破裂，作业灵活方便，提高岩石破 采效率。

优选的，所述的步骤B中将两个及以上的顶推装置沿着顶推方向叠加放置在顶 推点进行顶推扩张作业，有效的增大顶推行程，使岩层之间发生更大的相对移位， 使岩石达到更好的碎裂，使得碎裂得到的岩石能满足装车的要求。

优选的，在两个顶推装置完成顶推扩张作业后将其缩回，在顶推装置顶推方向 的一端或两端逐次叠加若干垫块后对沟槽的同一位置处重复进行顶推扩张作业，增 大顶推行程，使岩层产生更大的移位，加大岩层的破裂，使得碎裂得到的岩石能满 足装车的要求，提高岩石破采效率。

优选的，所述的步骤B中将两个及以上的顶推装置并列安放在顶推点进行顶推 扩张作业，增大顶推作用的区域面积，提高岩层整体破碎效果。

优选的，在两个顶推装置完成顶推扩张作业后将其缩回，在顶推装置顶推方向 的一端或两端逐次叠加若干垫块后对沟槽的同一位置处重复进行顶推扩张作业，增 大顶推行程，使岩层产生更大的移位，加大岩层的破裂。

优选的，还包括步骤C，当步骤B得到的岩石大于预设的装车体积时，重复步 骤A和步骤B对其进行二次破解。

优选的，所述的顶推装置采用液压缸结构，结构简单、推动力大，能有效从岩 石的内部施加扩张力，从而使得岩层有效的开裂破碎。

优选的，所述的顶推装置采用单液压缸或多液压缸结构，保障能产生足够的顶 推力来使岩层结构松动或裂开。

优选的，所述的液压缸的缸筒内径为150～1000mm，结构稳定性好，顶推力大， 保障对岩层的破坏效果。

优选的，所述的液压缸的顶推行程大于等于120mm，顶推行程大才能使岩层产 生更大的相对移位，使得岩层更有效的开裂破碎。

优选的，所述的步骤A中沟槽的开设宽度大于等于200mm，便于放入行程较 大的顶推装置，顶推装置的行程大能有效提高岩层破裂的效果，提高岩层破采效率。

优选的，所述的步骤A中沟槽的开设深度大于等于800mm，沟槽深度太小， 只能使岩层的表层破碎，而难以使岩层整体破裂，增大沟槽深度后通过顶推装置的 顶推扩张作业能有效提高破采效率。

优选的，所述的步骤A中沟槽间隔开设了若干条，利用顶推装置从靠外侧的沟 槽开始依次对每条沟槽进行顶推扩张作业，使得岩层从最外侧的沟槽开始逐步向内 侧破裂，实现高效的破采。

优选的，所述的沟槽平行于岩层的边线进行开设，从而沟槽到岩层边线的岩石 厚度相同，避免出现岩石厚度过大而无法有效破碎的状况，提高破采效率。

与现有技术相比，本发明优点在于：

本发明所述的岩层破采方法利用开沟装置对硬岩层进行开挖沟槽，然后通过顶推扩张沟槽来使岩层产生足够的相对移位，顶推装置的顶推力大，顶推行程大，从 岩石的内部施加扩张力从而有效的达到使岩石开裂破碎的效果，岩层破采效率高， 作业成本低。

附图说明

图1为岩层破采实施例一的沟槽设置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实 施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开的一种岩层破采方法，在岩层上开挖沟槽，然后在沟槽中进 行大推力大行程的顶推，利用硬岩韧性差及裂纹，使岩层发生一定范围相对移位， 从而使岩层松动、破裂，有效达到岩层破采目的。

岩层破采方法的具体步骤包括如下：

A.按照预设的沟槽方向、宽度、深度以及间距采用开沟装置对岩层进行沟槽 开挖作业，沟槽沿着岩层的边线方向进行设置，即沟槽平行于岩层的边线，并且沟 槽间隔设置若干条；

开沟作业是这种岩层破采方法的主要成本，因此沟槽宽度不宜过宽，以利于成 本和效率的控制，同时为了使岩层能有效的破碎开裂，开设的沟槽宽度大于等于 200mm，以利于推力和行程较大的顶推装置放入，同时沟槽的开设深度需要大于等 于800mm，沟槽越深对岩层的稳定性破坏越大，使得岩层能整体破碎开裂，否则即 使对沟槽进行了顶推扩张也只有岩层的表层部分破碎开裂，沟槽的开设长度根据实 际的岩层面积大小设置，沟槽的开设间距根据岩层的裂纹状况来设置，裂纹越多， 相邻沟槽的距离越大，反之越小。

B.沿沟槽长度方向按照预设的间隔距离设置若干的破岩位置，在破岩位置处 采用顶推装置对沟槽两侧壁进行顶推扩张，使得岩层松动或破裂；

顶推装置采用液压缸结构，顶推装置采用单液压缸或多液压缸结构，液压缸的 缸筒内径为150～1000mm，液压缸的顶推行程大于等于120mm，单台的顶推装置的 顶推力可以设置为100吨以上，但也不局限于100吨以上，可采用单台顶推装置进 行单独顶推作业，也可以是多台顶推装置同时作业；

在一个破岩位置顶推扩张完成后，再将顶推装置放入此条沟槽内与此破岩位置相邻的破岩位置进行顶推扩张作业，还可在相邻破岩位置的中间位置处再对沟槽进 行顶推扩张作业，确保岩层完全松动，提高岩层破碎效果，减少大块岩石的存在， 使破采后的岩石满足装车的要求；

并且在破岩位置处沿沟槽的深度方向间隔设置多个顶推点，顶推装置放置在顶推点对沟槽两侧壁进行顶推扩张作业，可以从最底部的顶推点开始由下往上依次采 用顶推装置对沟槽两侧壁进行顶推扩张作业，避免石块落下造成沟底无法放入顶推 位置进行顶推扩张，顶推作业完成后进行清底，为下一步顶推留下空间；还可以在 深度方向的若干顶推点处同时采用顶推装置对沟槽两侧壁进行顶推扩张作业，使得 岩层松动或破裂；还可以在若干个破岩位置的顶推点处同时采用顶推装置对沟槽两 侧壁进行顶推扩张作业，使得岩层松动或破裂

顶推行程越大对岩层的稳定性破坏越大，为了增大顶推行程，使得沟槽被进一 步扩宽来加大岩层的相对移位，提高破岩效果，在顶推装置完成一次顶推行程后将 顶推装置缩回，然后在顶推装置顶推方向的一端或两端放入垫块后再次在沟槽的同 一位置处进行顶推扩张作业，垫块的厚度以顶推装置的活塞杆处于完全收回状态时 顶推装置与沟槽侧壁的间距相当为佳，重复以上过程在顶推装置顶推方向的一端或 两端逐次叠加若干垫块后对沟槽的同一位置处进行多次的顶推扩张作业；

增大顶推行程的方式还可以采用将两个或若干顶推装置沿着顶推方向叠加的方式，然后在两个顶推装置完成顶推扩张作业后将其缩回，在顶推装置顶推方向的一 端或两端逐次增加若干垫块后对沟槽的同一位置处重复进行顶推扩张作业，进一步 增大顶推行程，加大岩层的相对移位，提高破岩效果；

还可以将两个及以上的顶推装置并列安放在顶推点进行顶推扩张作业，增大顶推扩张的施力区域面积，在两个顶推装置完成顶推扩张作业后将其缩回，在顶推装 置顶推方向的一端或两端逐次叠加若干垫块后对沟槽的同一位置处重复进行顶推扩 张作业；

C.当步骤B得到的岩石大于预设的装车体积时，重复步骤A和步骤B对其进 行二次破解，直到能满足所需破采要求。

在进行步骤B之前可先进行试顶推，通过试顶推得到的岩石体积分布情况来判 断岩层的情况，有一半以上的单个岩石体积在1.6立方以上时则采用步骤B中的方 式对岩层进行破采，即在破岩位置处沿沟槽的深度方向间隔设置多个顶推点，在顶 推点处采用顶推装置对沟槽两侧壁进行顶推扩张作业；而当有一半以上的单个岩石 体积在1.6立方以下时，单个岩石体积较小，则直接采用单台顶推装置进行顶推， 当单台顶推装置顶推力或顶推面不够时在一个位置处用多台顶推装置并列顶推，增 大顶推力或顶推面积，从而采用型号较少的顶推装置就能适应不同的岩层需求，提 供作业效率，降低作业成本。

实施例一

一个岩层基坑，总方量为100万方，面积10万平方米，长度500米，宽200 米，岩层厚度约10米，根据初步勘察，岩层硬度较硬，裂纹多，经裂纹断开的岩石 块紧紧地贴在一起，中间部分岩层可能会有部分是空洞或夹泥层，这部分方量应在 3万方以内。现根据以上工地情况，具体的岩层破采方法按以下方式进行：

如图1所示，岩石基坑的边线分别为A、B、C、D，A线和C线长度为200米， B线和D线长度为500米，在基坑中设19条沟槽，这19条沟槽平行于A线和C 线，长度接近200米，从a1到a19按顺序编号，沟槽的预设深度为2.6米，宽度为 0.5米。

顶推装置由4条液压缸组合而成，缸径为300毫米，顶推行程为180毫米，顶 推装置的顶推面的尺寸为长1200毫米，宽1200毫米，顶推装置收缩状态的厚度为 470毫米，垫块外形尺寸为长1200毫米，宽1200毫米，厚度为150毫米，垫块数 量为10块。

沿平行于边线A的方向用开沟装置进行开沟作业，将a1到a19的沟槽都开挖 出来，在开沟作业中，有几处开沟速度有明显加快，此处为空洞或夹泥岩层。

用挖掘机搭载顶推装置，用一台挖掘机先一台顶推装置放进沟槽a1靠近B线5 米处破岩位置的底部，顶推装置向外伸出活塞杆，待活塞杆伸出完全后再缩回活塞 杆，沟槽的下部通过顶推形成一个沟宽640毫米，长1350毫米，高300毫米的空间， 再提升顶推装置300毫米，再以同样的方法顶推出一个空间，重复以上动作一直到 沟槽的最高处，最终形成一个长1350毫米，高2600毫米，沟宽640毫米的一个空 间，这样做的目的是通过顶推形成一个较宽的空间，而不是切割形成，这样有利于 节约开沟成本，因为顶推的速度大于开沟，这时只有横向上靠近顶推位置一米到两 米范围内岩层受到顶推扩张作用而发生松动。

重新将顶推装置放入到此破岩位置的沟底，在顶推装置顶推方向的一端或两端放入垫块，再次进行顶推扩张作业，并且依然采用由下向上依次进行顶推的方式， 重复上述过程，增加垫块的数量来进一步增大顶推行程，从而增大对岩层的破坏性。

还可以采用两个顶推装置沿着顶推方向叠加来增加顶推行程，一号顶推装置活塞杆向外伸出，当伸出一半左右时，操作二号顶推装置活塞杆向外伸出，当二号顶 推装置活塞杆向外伸出时，同时一号顶推装置的活塞杆继续向外伸，直到一号顶推 装置和二号顶推装置的活塞杆完全伸出，然后完全缩回活塞杆，在一号顶推装置和 二号顶推装置的顶推方向上增加垫块，重新完全伸出活塞杆，此时沟槽a1朝A线 方向的4米以内岩层开始松动并有凸起部，继续增加垫块,再完全伸出活塞杆，也是 先伸出一号顶推装置再伸出二号顶推装置，以利于能更好地把顶推力传递到邻近A 线的位置，从而保证顶推破岩效果，此时沟槽a1朝A线方向的10米左右已经松动， 沟槽a1朝向沟槽a2方向5米范围内有松动，整体稳定性好，所以岩层还是较稳定， 当10块垫块完全使用完时，与沟槽a1朝A线方向的岩层已完全松动，沟槽a1朝 向沟槽a2方向6米以内有松动，但不明显。

沿沟槽的长度方向相隔3米以上设置破岩位置进行顶推扩张作业，在整个沟槽 作业完以后，在相邻破岩位置的之间的地方重复一遍以上顶推动作，所选位置为3 米间隔的中间，顶推作业完成后，沟槽a1到A线之间的岩层已完全松动，有少量 的较大岩石需进行二次破解，完全能满足装车要求。

沟槽a2到沟槽a19重复沟槽a1的破采过程，通过19条沟槽将岩层上部2.5米 左右厚度的岩石全部破采，然后再对岩层再次进行开沟作业，沟槽开好后再利用顶 推装置对沟槽进行顶推扩张来使岩层破裂，重复以上作业过程完成岩层下部7.5米 厚度的破采，在破采中有几处为空洞和夹泥层，顶推效果较差，用破碎锤打掉，还 有A、B、C、D四条边所的角和最后一个面的清底修形用破碎锤完成。

该工地破采造价组成为：1开沟总方量26000m³，每方造价160元，开沟造价4160000元，破碎锤方量41000方，每方造价12元，破碎锤造价492000元，两台 挖掘机加顶推装置6个月租费加燃油造价600000元，两台辅助挖掘机6个月租费加 燃油造价480000元，管理费120000元，破采总造价为：5820000元，每方破采造 价为：5.85元，总工期为6个月。

传统爆破方式的开采按每方8元计算，可节约造价215万元，在不能爆破时， 按现有的机械破采每方造价应在15元以上，可节约造价915万元，在工期方面，要 在6个月以内完成，最少投入设备15台以上，破采效率低，难以在6个月以内完成 此工作量，运营维护成本高。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为 对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技 术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改 进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种岩层破采方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.按照预设的沟槽方向、宽度、深度在岩层上开挖出沟槽；

B.沿沟槽长度方向间隔设置若干的破岩位置，在破岩位置处沿沟槽的深度方向间隔设置多个顶推点，在顶推点处采用顶推装置对沟槽两侧壁进行顶推扩张作业，使得岩层松动或破裂。

2.根据权利要求1所述的岩层破采方法，其特征在于，所述的步骤B中从最底部的顶推点开始由下往上依次采用顶推装置对沟槽两侧壁进行顶推扩张作业，使得岩层松动或破裂。

3.根据权利要求1所述的岩层破采方法，其特征在于，所述的步骤B中在深度方向的若干顶推点处同时采用顶推装置对沟槽两侧壁进行顶推扩张作业，使得岩层松动或破裂。

4.根据权利要求1所述的岩层破采方法，其特征在于，所述的步骤B中在若干个破岩位置的顶推点处同时采用顶推装置对沟槽两侧壁进行顶推扩张作业，使得岩层松动或破裂。

5.根据权利要求1所述的岩层破采方法，其特征在于，所述的步骤B中在一个破岩位置顶推扩张完成后，再将顶推装置放入此条沟槽内与此破岩位置相邻的破岩位置进行顶推扩张作业。

6.根据权利要求5所述的岩层破采方法，其特征在于，在相邻破岩位置的中间位置处再对沟槽进行顶推扩张作业。

7.根据权利要求1所述的岩层破采方法，其特征在于，所述的步骤B中顶推装置在完成一次顶推行程后使顶推装置缩回，在顶推装置顶推方向的一端或两端逐次叠加若干垫块后再次对沟槽的同一位置处进行顶推扩张作业。

8.根据权利要求1所述的岩层破采方法，其特征在于，所述的步骤B中将两个及以上的顶推装置沿着顶推方向叠加放置在顶推点进行顶推扩张作业。

9.根据权利要求8所述的岩层破采方法，其特征在于，在两个顶推装置完成顶推扩张作业后将其缩回，在顶推装置顶推方向的一端或两端逐次叠加若干垫块后对沟槽的同一位置处重复进行顶推扩张作业。

10.根据权利要求1所述的岩层破采方法，其特征在于，所述的步骤B中将两个及以上的顶推装置并列安放在顶推点进行顶推扩张作业。

11.根据权利要求10所述的岩层破采方法，其特征在于，在两个顶推装置完成顶推扩张作业后将其缩回，在顶推装置顶推方向的一端或两端逐次叠加若干垫块后对沟槽的同一位置处重复进行顶推扩张作业。

12.根据权利要求1所述的岩层破采方法，其特征在于，还包括步骤C，当步骤B得到的岩石大于预设的装车体积时，重复步骤A和步骤B对其进行二次破解。

13.根据权利要求1所述的岩层破采方法，其特征在于，所述的顶推装置采用液压缸结构。

14.根据权利要求13所述的岩层破采方法，其特征在于，所述的顶推装置采用单液压缸或多液压缸结构。

15.根据权利要求14所述的岩层破采方法，其特征在于，所述的液压缸的缸筒内径为150～1000mm。

16.根据权利要求14所述的岩层破采方法，其特征在于，所述的液压缸的顶推行程大于等于120mm。

17.根据权利要求1所述的岩层破采方法，其特征在于，所述的步骤A中沟槽的开设宽度大于等于200mm。

18.根据权利要求1所述的岩层破采方法，其特征在于，所述的步骤A中沟槽的开设深度大于等于800mm。

19.根据权利要求1所述的岩层破采方法，其特征在于，所述的步骤A中沟槽间隔开设了若干条。

20.根据权利要求19所述的岩层破采方法，其特征在于，所述的沟槽平行于岩层的边线进行开设。