CN111059972B - 一种利用膨胀性软岩自身属性的开山方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用膨胀性软岩自身属性的开山方法，这种膨胀性软岩拥有遇水自膨胀的属性，如伊利石，蒙脱石，红砂岩等。这类软岩遇水膨胀，失水收缩，膨胀到一定程度就会炸开。为了节约成本，在有此类岩体的山体打多个诱导孔，利用下雨或人工注水，让水流进孔内，再加入膨胀剂，使山体产生类似爆破的作用，是利用自然条件和减少人工爆破的低成本开山方式。
Description
技术领域
本发明属于开山技术领域，特别是涉及一种利用膨胀性软岩自身属性的开山方法。
背景技术
现有的开山方式主要为采用挖掘机配自卸汽车转运的方式，开挖自上从下的分层进行，首先进行清表，植被，树木由人工统一收集，集中处理，表土由临时便道或者通过现有便道运往弃土场。但是需要大量的劳动力，花费较高的成本，工期长等缺点。若山体存在膨胀性软岩，利用该软岩自身的自膨胀属性的开山方式是更高效的开山技术。
发明内容
本发明的主要目的是解决上述背景技术存在的不足，提供一种利用膨胀性软岩自身属性的开山方法，这种膨胀性软岩拥有遇水自膨胀的属性，如伊利石，蒙脱石，红砂岩等。这类软岩遇水膨胀，失水收缩，膨胀到一定程度就会炸开。为了节约成本，在有此类岩体的山体打多个诱导孔，利用下雨或人工注水，让水流进孔内，再加入膨胀剂，使山体产生类似爆破的作用，是利用自然条件和减少人工爆破的低成本开山方式。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种利用膨胀性软岩自身属性的开山方法，它包括以下步骤：
Step1：对所需开山的膨胀性软岩山体进行勘测后，利用软件进行数值模拟从膨胀性软岩山体中找出应力集中点或存在拉应力区域，从而筛选出合适的打孔位置；
Step2：在孔壁上用切槽机切出多条诱裂线斜槽；
Step3：在膨胀性软岩山体的缝隙中装入钢材夹板；
Step4：在膨胀性软岩山体上所确定的打孔位置打出多个诱导孔；
Step5：对诱导孔填充膨胀剂，使其附着在诱导孔的孔壁上；
Step6：在诱导孔上方安装带有小孔的防顶盖；
Step7：等待雨水自然流入或对诱导孔进行灌水工作；
Step8：待膨胀性软岩山体爆破后，将爆破后所产生的碎石进行清理。
所述钢材夹板采用两块板材构成，两块板材之间的其中一个顶角之间通过连接铰铰接相连，在两块板材之间设置有用于将两块板材涨开的张开装置。
所述张开装置采用充气囊或者液压装置，并驱动钢材夹板张开实现岩体张开。
所述诱导孔孔径为70-90mm，垂直偏差小于1%，孔距为1.5-4.5m。
一种利用膨胀性软岩自身属性的开山方法，它包括以下步骤：
Step1：对所需开山的膨胀性软岩山体进行勘测后，利用软件进行数值模拟从膨胀性软岩山体中找出应力集中点或存在拉应力区域，从而筛选出合适的打孔位置；
Step2：在孔壁上用切槽机切出多条诱裂线斜槽；
Step3：在膨胀性软岩山体的缝隙中装入钢材夹板；
Step4：在膨胀性软岩山体上所确定的打孔位置打出多个诱导孔；
Step5：在诱导孔中安装倒圆锥体钢筒，倒圆锥体钢筒上方与诱导孔之间留有一定的缝隙，进而构成诱导孔内膨胀剂可填充缝隙；
Step6：从留出的诱导孔内膨胀剂可填充缝隙中填充膨胀剂，把倒圆锥体钢筒和诱导孔之间的孔隙填充满；
Step7：等待雨水自然流入或对诱导孔进行灌水工作；
Step8：待膨胀性软岩山体爆破后，将爆破后所产生的碎石进行清理。
本发明有如下有益效果：
1、改变了原有的开山方式，由于山体内有膨胀性软岩，遇水自膨胀，对山体内部进行灌水使山体裂开从而产生爆破效果。
2、利用软件进行数字化模拟，计算并筛选出最合适打孔的区域，从而减少无效的打孔爆破区域。
3、添加防顶盖和诱裂线斜槽后，无效的纵向冲击力减弱，引发应力集中，增加横向膨胀效果。
4、用固定膨胀剂剂量测试最大孔距，以此减少成本。
5、在诱导孔中加入倒锥形钢筒并在钢筒和诱导孔空隙处填入膨胀剂，以此减少向内的膨胀效果，同时减少膨胀剂，控制成本。
6、在开裂的山体缝隙中加入膨胀剂，使其二次开裂，效果更为显著。
7、使用切缝机切缝，以缝代孔，将膨胀剂灌入缝中，接触面增加，使其快速膨胀，效率更高
8、在开裂缝隙中加入钢材夹板，用固定铰固定夹板，夹板中的气囊，油压装置辅助膨胀剂将山体缝隙撑至完全断裂。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为山体诱导孔立体示意图。
图2为山体诱导孔侧视图。
图3为单个诱裂线斜槽放大示意图。
图4为诱导孔内钢筒与膨胀剂示意图。
图5为钢材夹板装置示意图。
图6为山体多层断裂示意图。
图7为防顶盖俯视示意图。
图8为防顶盖主视图。
图中：诱导孔1、膨胀剂2、水3、诱导孔内膨胀剂可填充缝隙4、倒圆锥体钢筒5、膨胀性软岩山体6、诱裂线斜槽7、钢材夹板8、张开装置9、连接铰10、断裂面11、小孔12，防顶盖13。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
参见图1-8，一种利用膨胀性软岩自身属性的开山方法，它包括以下步骤：
Step1：对所需开山的膨胀性软岩山体6进行勘测后，利用软件进行数值模拟从膨胀性软岩山体6中找出应力集中点或存在拉应力区域，从而筛选出合适的打孔位置；
Step2：在孔壁上用切槽机切出多条诱裂线斜槽7；
Step3：在膨胀性软岩山体6的缝隙中装入钢材夹板8；
Step4：在膨胀性软岩山体6上所确定的打孔位置打出多个诱导孔1；
Step5：对诱导孔1填充膨胀剂2，使其附着在诱导孔1的孔壁上；
Step6：在诱导孔1上方安装带有小孔12的防顶盖13；
Step7：等待雨水自然流入或对诱导孔1进行灌水工作；
Step8：待膨胀性软岩山体6爆破后，将爆破后所产生的碎石进行清理。
进一步的，所述钢材夹板8采用两块板材构成，两块板材之间的其中一个顶角之间通过连接铰10铰接相连，在两块板材之间设置有用于将两块板材涨开的张开装置9。
进一步的，所述张开装置9采用充气囊或者液压装置，并驱动钢材夹板8张开实现岩体张开。
进一步的，所述诱导孔1孔径为70-90mm，垂直偏差小于1%，孔距为1.5-4.5m。
实施例2：
一种利用膨胀性软岩自身属性的开山方法，它包括以下步骤：
Step1：对所需开山的膨胀性软岩山体6进行勘测后，利用软件进行数值模拟从膨胀性软岩山体6中找出应力集中点或存在拉应力区域，从而筛选出合适的打孔位置；
Step2：在孔壁上用切槽机切出多条诱裂线斜槽7；
Step3：在膨胀性软岩山体6的缝隙中装入钢材夹板8；
Step4：在膨胀性软岩山体6上所确定的打孔位置打出多个诱导孔1；
Step5：在诱导孔1中安装倒圆锥体钢筒5，倒圆锥体钢筒5上方与诱导孔1之间留有一定的缝隙，进而构成诱导孔内膨胀剂可填充缝隙4；
Step6：从留出的诱导孔内膨胀剂可填充缝隙4中填充膨胀剂2，把倒圆锥体钢筒5和诱导孔1之间的孔隙填充满；
Step7：等待雨水自然流入或对诱导孔1进行灌水工作；
Step8：待膨胀性软岩山体6爆破后，将爆破后所产生的碎石进行清理。
本发明的工作原理：
本发明中所针对的膨胀性软岩山体6拥有遇水自膨胀的属性，如伊利石，蒙脱石，红砂岩等。这类软岩遇水膨胀，失水收缩，膨胀到一定程度就会炸开。为了节约成本，在有此类岩体的山体打多个诱导孔1，利用下雨或人工注水3，让水3流进孔内，再加入膨胀剂2，使山体产生类似爆破的作用，是利用自然条件和减少人工爆破的低成本开山方式。
进一步的，所述诱导孔1打孔方式采用垂直打孔和斜打孔两种打孔方式，孔径为70-90mm，垂直偏差小于1%，孔距为1.5-4.5m。
进一步的，可采用人工注水或雨水3流入诱导孔1，使山体内的膨胀性软岩自膨胀产生爆破作用。
进一步的，对所需开山山体进行勘测后，利用软件进行数值模拟从中找出应力集中点或存在拉应力区域，从而筛选出合适的打孔位置，将爆破威力最大化。有利于最大程度上减少爆破开山的成本及人力。
进一步的，膨胀剂的膨胀威力大，最大可达到120Mpa，反应时间极短，施工简单，易操作。
进一步的，在诱导孔1上方安装一个防顶盖13，使膨胀剂2与水3结合后产生纵向冲击力效果减弱，从而加强横向膨胀效果。同时在诱导孔1两侧添加诱裂线斜槽7，引发应力集中，增大横向膨胀效果。
进一步的，可通过采用固定剂量膨胀剂2，测试其裂纹所能抵达的最远距离以确定最大孔距，使得打孔成本与膨胀剂成本最低。
进一步的，在诱导孔1中加入倒圆锥体钢筒5，此钢筒用于防止膨胀剂2向中膨胀挤压。由于越靠近顶部所需的膨胀剂越少，反之所需的膨胀剂2越多，膨胀剂2填充在诱导孔1和倒圆锥体钢筒5之间的空隙。既节省膨胀剂2，又能使膨胀效果最大化。
进一步的，若遇强度太大的膨胀性软岩山体，则直接在诱裂线斜槽7中注入膨胀剂2和水3的混合浆，注入斜槽前1/3至1/2处。
进一步的，两孔之间距离较远，在两孔内的膨胀应力产生后，膨胀开裂到一定程度后，再在山体裂缝中注入膨胀剂，导致二次开裂，更为有效，成本更低。
进一步的，可用切缝机将膨胀性软岩切出许多细小的切缝，以缝代孔，只需将膨胀剂撒入缝中，再加入水，便可让其开裂。切缝的时间远小于打孔的时间，使施工效率大大提高。
进一步的在开裂的缝隙中，可加入一个钢夹板装置8，钢夹板8由连接铰10连接，其之间加入充气囊或油压装置，加大压强，撑开缝隙，从而使岩体断裂。
Claims (5)
1.一种利用膨胀性软岩自身属性的开山方法，其特征在于，它包括以下步骤：
Step1：对所需开山的膨胀性软岩山体（6）进行勘测后，利用软件进行数值模拟从膨胀性软岩山体（6）中找出应力集中点或存在拉应力区域，从而筛选出合适的打孔位置；
Step2：在膨胀性软岩山体（6）的缝隙中装入钢材夹板（8）；
Step3：在膨胀性软岩山体（6）上所确定的打孔位置打出多个诱导孔（1）；
Step4：在诱导孔（1）的孔壁上用切槽机切出多条诱裂线斜槽（7）；
Step5：对诱导孔（1）填充膨胀剂（2），使其附着在诱导孔（1）的孔壁上；
Step6：在诱导孔（1）上方安装带有小孔（12）的防顶盖（13）；
Step7：等待雨水自然流入或对诱导孔（1）进行灌水工作；
Step8：待膨胀性软岩山体（6）爆破后，将爆破后所产生的碎石进行清理。
2.根据权利要求1所述一种利用膨胀性软岩自身属性的开山方法，其特征在于：所述钢材夹板（8）采用两块板材构成，两块板材之间的其中一个顶角之间通过连接铰（10）铰接相连，在两块板材之间设置有用于将两块板材涨开的张开装置（9）。
3.根据权利要求2所述一种利用膨胀性软岩自身属性的开山方法，其特征在于：所述张开装置（9）采用充气囊或者液压装置，并驱动钢材夹板（8）张开实现岩体张开。
4.根据权利要求1所述一种利用膨胀性软岩自身属性的开山方法，其特征在于：所述诱导孔（1）孔径为70-90mm，垂直偏差小于1%，孔距为1.5-4.5m。
5.一种利用膨胀性软岩自身属性的开山方法，其特征在于，它包括以下步骤：
Step1：对所需开山的膨胀性软岩山体（6）进行勘测后，利用软件进行数值模拟从膨胀性软岩山体（6）中找出应力集中点或存在拉应力区域，从而筛选出合适的打孔位置；
Step2：在膨胀性软岩山体（6）的缝隙中装入钢材夹板（8）；
Step3：在膨胀性软岩山体（6）上所确定的打孔位置打出多个诱导孔（1）；
Step4：在诱导孔（1）的孔壁上用切槽机切出多条诱裂线斜槽（7）；
Step5：在诱导孔（1）中安装倒圆锥体钢筒（5），倒圆锥体钢筒（5）上方与诱导孔（1）之间留有一定的缝隙，进而构成诱导孔内膨胀剂可填充缝隙（4）；
Step6：从留出的诱导孔内膨胀剂可填充缝隙（4）中填充膨胀剂（2），把倒圆锥体钢筒（5）和诱导孔（1）之间的孔隙填充满；
Step7：等待雨水自然流入或对诱导孔（1）进行灌水工作；
Step8：待膨胀性软岩山体（6）爆破后，将爆破后所产生的碎石进行清理。
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Application publication date: 20200424 Assignee: Hubei Hongzhuo Architectural Design Co.,Ltd. Assignor: CHINA THREE GORGES University Contract record no.: X2023980043461 Denomination of invention: A method of utilizing the inherent properties of expansive soft rock to excavate mountains Granted publication date: 20220308 License type: Exclusive License Record date: 20231019 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Hubei Hongzhuo Architectural Design Co.,Ltd. Assignor: CHINA THREE GORGES University Contract record no.: X2023980043461 Date of cancellation: 20240402 |
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| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract |