WO2009149595A1 - 一种岩石或混凝土的裂开方法及其装置 - Google Patents

一种岩石或混凝土的裂开方法及其装置 Download PDF

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方莹
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Fang Ying
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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C37/00—Other methods or devices for dislodging with or without loading
    • E21C37/06—Other methods or devices for dislodging with or without loading by making use of hydraulic or pneumatic pressure in a borehole
    • E21C37/10—Devices with expanding elastic casings

Definitions

  • the present invention relates to a method of cracking other relatively hard solids such as rock or concrete, and a special device for carrying out the method.
  • the dissolving After the dissolving, it has been undergoing chemical changes, pre- and post-production.
  • the expansion rate of the stone or cement mixture hole is difficult to be consistent; the third is affected by the ambient temperature, it can not be used below the ambient temperature of 5 degrees; the fourth is the chemical reaction time, at room temperature, generally needs 5-6 The reaction time of Xiaoyan; the fifth is the polluted environment; the sixth is whether the explosive or the cement expansion agent itself exists in the use of helium, and the problem of the cracking direction of the rock or concrete cannot be controlled.
  • the object of the present invention is to overcome the above problems and to provide the society with a safe, convenient and pollution-free method for cracking rock or concrete and a device therefor.
  • the technical solution of the present invention is to provide a rock or concrete cracking method, comprising the following steps:
  • the expander comprises a mandrel, an expandable rubber sleeve and a jacket, and the first port and the second port of the expandable rubber sleeve are respectively fixedly sealed on the outer wall of the mandrel, at one end of the mandrel
  • An axial hole is disposed on the end surface, and the axial hole communicates with a cavity formed between the outer wall of the mandrel and the inner wall of the expandable rubber sleeve through a radial outlet provided on the mandrel;
  • a jacket is provided on the outside of the expandable rubber sleeve that expands with the expansion sleeve, but in which the expansion sleeve is again defined.
  • the expanders having the same outer structure are connected end to end, and a multi-stage expander can be constructed.
  • a bore is drilled, and at least two sides and a bottom surface of the rock or concrete to be split may be drilled.
  • the groove in the hole can be used to cut the groove on the inner wall of the hole to be drilled.
  • An apparatus for implementing the cracking method of claim 1, comprising a high voltage generator, a high pressure resistant tube, and an expander; one end of the high pressure resistant tube is sealingly connected to an inlet end of the expander; and the other end of the high pressure resistant tube is The outlet end of the high pressure generator is sealed.
  • the expander includes a mandrel, an expandable rubber sleeve, and the first port and the second port of the expandable rubber sleeve are respectively fixedly sealed on the outer wall of the mandrel, and an axis is arranged on an end surface of one end of the mandrel a hole, the axial hole communicating with a cavity formed between the outer wall of the mandrel and the inner wall of the expandable rubber sleeve through a radial outlet provided on the mandrel;
  • the outer sleeve is provided with a jacket that expands with the expansion sleeve, but in which the expansion sleeve is limited.
  • the outer casing includes an even number of outer jaws, and the two outer outer jaws are connected by a radially disposed tension spring.
  • a spacer is provided on the inner side between the adjacent two outer jaws.
  • rock or concrete expander is connected end to end in a multi-section by two or more structurally identical rock or concrete expanders, at the exit end of the hole of the last section of rock or concrete expander There is a plug.
  • Figure 1 is a perspective view showing the structure of an embodiment of the apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional structural view of an expander of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the A-A of Fig. 2.
  • Figure 4 is a schematic view of the state of use of Figure 3.
  • the apparatus of the present invention comprises a high voltage generator 1, a high pressure resistant tube 2, an expander 9 capable of generating 10 MPa to 100 MPa, and a quick change of the outlet end of the high pressure resistant tube 2 and the expander 9.
  • the joint 5 is connected; the inlet end of the high pressure resistant tube 2 is sealingly connected to the outlet end of the high pressure generator 1.
  • the expander 9 is mounted in a hole 21 in the rock or concrete 6.
  • the high pressure generator 1 can employ a hydraulic press having a pressure greater than or equal to 10 MPa, and a pressure gauge 11 is provided on the hydraulic press.
  • the expander 9 includes a mandrel 91 and an expansion sleeve 92.
  • the first port 921 and the second port 922 of the expansion sleeve 92 are fixedly sealed on the outer wall of the mandrel 91, and the ends of the mandrel 91 are extended.
  • the two ports 921 and 922 of the expansion sleeve 92 of the expansion sleeve 92 (of course, the mandrel 91 may have one end extending from one end of the expansion sleeve 92), and is disposed on the end surface of one end of the mandrel 91.
  • the expansion sleeve 92 can be formed of a tubular body made of a material having ductility, such as a latex tube, a rubber tube, a plastic tube, a nylon tube or a metal tube for a book wall.
  • the axial hole 911 may be a blind hole (only a schematic view of the axial hole 911 being a blind hole is shown in Fig. 4), or may be a through hole. It is a blind hole ⁇ , the expander 9 can only be used alone; it is a through hole ⁇ , that can be used alone or in series, ⁇ used alone, must be blocked at the end of the through hole, the commonly used blocking method is One end is provided with a plug.
  • the two or more expanders 9 may be connected end to end in a multi-node shape, and a plug (not shown) is provided at the outlet end of the through hole of the last section expander 9 in series. Obviously, the expander 9 of the last section can also be replaced by the expander 9 with a blind hole as shown in Fig. 4, without using a plug.
  • an outer claw 93 is provided on the outer side of the expansion sleeve 92, and apparently, the outer claw 93
  • the two opposing outer jaws 93 can be connected by a radially disposed tension spring 94 as long as they are arranged in pairs.
  • Two spacer members 95 are disposed on the inner side between the adjacent two outer jaws 93. The purpose of providing the spacer member 95 is to prevent the expandable rubber sleeve 4 from being squeezed under pressure, from the gap between the gradually expanding jaws 93. Extrusion to affect the expansion effect of the expander 9.
  • a first annular pad 914 is disposed on an outer wall of the mandrel 91 at a first end face of the mandrel 91, and the first port 921 of the expansion sleeve is sleeved
  • a first annular pressing block 915 is disposed on the first annular block 914 of the first annular pad 914
  • a first nut 916 is disposed on the first annular pressing block 915.
  • the first nut 916 presses the first port 921 of the expansion sleeve 4 against the first annular pad 914 by the first annular pressure block 915.
  • One or more first cups 917 are provided between the first annular block 915 and the first port 921.
  • a second annular pad 914' is disposed on the outer wall of the mandrel 91 at a second end face of the mandrel 91
  • the second port 921 ′ of the expansion sleeve 4 is sleeved on the second annular pad 914 ′, and the second annular block 915 ′ is disposed on the second port 921 ′ of the expansion sleeve 4 .
  • a second nut 916' is disposed on the second annular pressure piece 915', and the second nut 916' passes the second port of the expansion sleeve through the second annular pressure piece 915'
  • One or more second cups 917' are provided between 1 '.
  • the purpose of providing the first cup 917 and the second cup 917', on the one hand, can serve to further compress the port of the expansion sleeve 4 , and on the other hand the first cup 917 and the second cup
  • the step formed by 917 ' can cooperate with a corresponding step on the inner wall of the outer jaw 93 to prevent the outer jaw 93 from moving axially.
  • the groove in the hole can be used to cut the groove on the inner wall of the hole to be drilled.
  • the above high pressure medium is water or oil.

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Description

说明书 一种岩石或混凝土的裂幵方法及其装置 技术领域
[1] 本发明涉及一种裂开岩石或混凝土等其它比较坚硬的固体物的方法， 以及实现 该方法的专用装置。
背景技术
[2] 石料开釆或水泥混合物裂开， 一直沿用钻孔后用炸药或黑火药爆破的方法， 使 用炸药或黑火药爆破开釆岩石或将水泥混合物裂开， 首先是存在不安全的问题 ， 如果是开釆用于基料的岩石， 如花岗岩石， 由于它的爆破力对石材破坏力极 大， 造成出材率低下， 使原本很好的石材变为废料， 即浪费了资源又破坏了环 境； 近年来虽然出现了水泥膨胀剂， 它与炸药或黑火药爆破的方法比较， 其优 点是比较安全， 但是， 它存在的问题也是显而易见的。 一是成本高， 压缩了使 用者的利润空间， 使用者不愿使用； 二是操作技术要求过高， 对灌注吋间及温 度极为敏感， 调溶后它一直在发生着化学变化， 前期与后期灌入石料或水泥混 合物孔中的膨胀率难得一致； 三是受环境温度影响大， 在环境温度 5度以下就无 法使用； 四是化学反应吋间长， 在常温下， 一般需要 5-6个小吋的反应吋间； 五 是污染环境； 六是无论是炸药还是水泥膨胀剂自身存在在使用吋， 不可控制岩 石或混凝土的裂开方向的问题。
对发明的公开
发明内容
[3] 本发明的目的是克服上述问题， 向社会提供一种安全、 方便及无污染的岩石或 混凝土的裂开方法及其装置。
技术方案
[4] 本发明的技术方案是：提供一种岩石或混凝土的裂开方法， 包括如下步骤：
[5] (1) 、 在欲被裂开的岩石或混凝土上钻孔；
[6] (2) 、 在所述孔内设置膨胀器；
[7] (3) 、 用耐高压管将膨胀器与高压发生器连接； (4) 、 利用高压发生器将高压液体介质输入膨胀器内， 使膨胀器内壁受压， 继而使孔的内壁受压， 持续增压直至欲被裂开的岩石或混凝土裂开。
上述方法中， 所述膨胀器包括芯轴、 可膨胀胶套和外套， 所述可膨胀胶套的第 一端口和第二端口分别固定密封在所述芯轴外壁上， 在所述芯轴一端的端面上 设有轴向孔， 所述轴向孔通过设在所述芯轴上的径向出口， 与所述芯轴外壁和 所述可膨胀胶套内壁之间所构成的空腔相通;在所述可膨胀胶套外面设有一个可 随膨胀套一起膨胀，但是，又将膨胀套限定于其内的外套。
上述方法中， 多外结构相同的膨胀器首尾相连， 可以构成多级膨胀器。
上述方法中， 如果是为了获得规则几何形状的岩石或混凝土， 钻孔吋， 则可在 欲被裂开的岩石或混凝土的至少两个侧面和底面上钻孔。
上述方法中， 如需在欲被裂开的岩石或混凝土上钻许多孔吋， 为了减少钻孔的 数量， 可用孔内刻槽器在所钻出的孔内壁上切槽。
一种实现上述权利要求 1裂开方法的装置， 包括高压发生器、 耐高压管、 膨胀 器； 所述耐高压管一端与膨胀器的进口端密封连接； 所述耐高压管的另一端与 所述高压发生器出口端密封连接。
所述膨胀器包括芯轴、 可膨胀胶套， 所述可膨胀胶套的第一端口和第二端口分 别固定密封在所述芯轴外壁上， 在所述芯轴一端的端面上设有轴向孔， 所述轴 向孔通过设在所述芯轴上的径向出口， 与所述芯轴外壁和所述可膨胀胶套内壁 之间所构成的空腔相通;在所述可膨胀胶套外面设有一个可随膨胀套一起膨胀，但 是，又将膨胀套限定于其内的外套。
所述可外套包括偶数片外张爪， 所述两相对外张爪之间通过径向设置的拉簧连 接。
在相邻两外张爪之间内侧设有垫件。
所述岩石或混凝土的膨胀器由两个或两个以上的结构相同的岩石或混凝土的膨 胀器首尾相连成多节状， 在所述最后一节岩石或混凝土的膨胀器的孔的出口端 设有堵头。 有益效果
与用炸药或黑火药爆破的方法相比， 具有安全性更高的优点； 与用水泥膨胀剂 的方法相比， 具有成本低、 操作方便、 膨胀率一致不受吋间影响、 不受环境温 度影响、 不污染环境的优点。
附图说明
[19] 图 1是本发明装置的一种实施例的立体结构示意图。
[20] 图 2是图 1中一种膨胀器的剖视结构示意图。
[21] 图 3是图 2的 A-A剖视结构示意图。
[22] 图 4是图 3的使用状态示意图。
具体实施方式
[23] 请参见图 1和图 2， 本发明装置包括能产生 lOMPa至 lOOOMPa的高压发生器 1、 耐高压管 2、 膨胀器 9， 所述耐高压管 2出口端与膨胀器 9的快换接头 5连接； 所述 耐高压管 2的进口端与所述高压发生器 1出口端密封连接。 所述膨胀器 9装在岩石 或混凝土 6上的孔 21内。 所述高压发生器 1可以釆用压力大于或等于 lOMPa的水压 机， 在水压机上设有压力表 11。 所述膨胀器 9包括芯轴 91、 膨胀套 92， 所述膨胀 套 92的第一端口 921和第二端口 922分别固定密封在所述芯轴 91外壁上， 所述芯 轴 91两端伸出于所述膨胀套 92的膨胀套 92的两端口 921、 922 (当然， 芯轴 91只 要有一端伸出于膨胀套 92的一端也是可以行的） ， 在所述芯轴 91一端的端面上 设有轴向孔 911， 所述轴向孔 911通过设在所述芯轴 91上的径向出口 912， 与所述 芯轴 91外壁和所述膨胀套 92内壁之间所构成的空腔 913相通， 以利高压气体或液 体从高压发生器 1经快换接头 5、 轴向孔 911和出口 912进入空腔 913， 对膨胀套 92 产生膨胀压力。 膨胀套 92可以用具有延展性能的材料所制作而成的管状体， 如 制作成乳胶管、 橡胶管、 塑胶管、 尼龙管或簿壁金属管等等。 所述轴向孔 911可 以是盲孔 (图 4中只画出了轴向孔 911是盲孔的示意图)， 也可以是通孔。 是盲孔吋 ， 该膨胀器 9只能单独使用； 是通孔吋， 即可以单独使用， 也可以串连使用， 单 独使用吋， 一定要将通孔的尾端堵塞， 常用的堵塞方法为在其一端设堵头。 串 连使用吋， 可以将所述两个或两个以上的膨胀器 9首尾相连成多节状， 在所述最 后一节膨胀器 9的通孔的出口端设有堵头 （未画出） ， 显然， 最后一节的膨胀器 9也可以用图 4所示的带盲孔的膨胀器 9代替， 而不釆用堵头。
[24] 请见图 3和图 4， 在所述膨胀套 92的外侧设有一对外张爪 93， 显然， 外张爪 93的 只要是成对设置均可， 所述两相对外张爪 93之间通过径向设置的拉簧 94连接。 在相邻两外张爪 93之间内侧设有两个垫件 95， 设置垫件 95的目的是防止可膨胀 胶套 4在受压膨胀吋， 从逐渐张开的张爪 93之间的缝隙挤出去， 以影响膨胀器 9 的膨胀效果。
[25] 作为对本发明的改进， 在所述芯轴 91的距离所述芯轴 91的第一端面处的外壁上 设有第一环形垫台 914， 所述膨胀套的第一端口 921套在所述第一环形垫台 914上 ， 在所述膨胀套的第一端口 921上设有第一环形压块 915， 在所述第一环形压块 9 15上设有第一螺母 916， 所述第一螺母 916通过所述第一环形压块 915将所述膨胀 套 4的第一端口 921紧紧压在所述第一环形垫台 914上。 在所述第一环形压块 915 和第一端口 921之间设有一个或一个以上的第一杯形罩 917。
[26] 在所述芯轴 91的距离所述芯轴 91的第二端面处的外壁上设有第二环形垫台 914'
， 所述膨胀套 4的第二端口 921 '套在所述第二环形垫台 914'上， 在所述膨胀套 4的 第二端口 921'上设有第二环形压块 915'， 在所述第二环形压块 915'上设有第二螺 母 916'， 所述第二螺母 916'通过所述第二环形压块 915'将所述膨胀套的第二端口
92Γ紧紧压在所述第二环形垫台 914'上。 在所述第二环形压块 915'和第二端口 92
1 '之间设有一个或一个以上的第二杯形罩 917'。
[27] 设置第一杯形罩 917和第二杯形罩 917'的目的， 一方面可以起到进一步压紧膨 胀套 4的端口， 另一方面第一杯形罩 917和第二杯形罩 917'所形成的台阶可以与外 张爪 93内壁上相应的台阶配合， 防止外张爪 93轴向移动。 使用上述膨胀器 9来裂 开岩石或混凝土吋， 适当放置膨胀器 9的外张爪 93的方位， 可以通过外张爪 93的 张开方向来控制岩石或混凝土的裂开方向。
[28] 使用上述装置开釆岩石或裂开混凝土吋， 可以使用如下方法。
[29] 1、 在欲被裂开的岩石或混凝土上钻孔；
[30] 2、 将岩石或混凝土的膨胀器装入孔内；
[31] 3、 用耐高压管将岩石或混凝土的膨胀器与高压发生器连接；
[32] 4、 启动能产生 lOMPa至 lOOOMPa的高压发生器， 将高压介质输送到岩石或混 凝土的膨胀器内， 使岩石或混凝土的膨胀器 9受压膨胀， 持续增压直至欲被裂开 的岩石或混凝土裂开。 [33] 如果是为了获得规则几何形状的岩石或混凝土， 钻孔吋， 则可在欲被裂开的岩 石或混凝土的至少两个侧面和底面上钻孔。
[34] 如需在欲被裂开的岩石或混凝土上钻许多孔吋， 为了减少钻孔的数量， 可用孔 内刻槽器在所钻出的孔内壁上切槽。
[35] 上述高压介质为水或油。

Claims

权利要求书
1、 一种岩石或混凝土的裂开方法， 其特征在于， 包括如下步骤：
(1) 、 在欲被裂开的岩石或混凝土上钻孔；
(2) 、 在所述孔内设置膨胀器；
(3) 、 用耐高压管将膨胀器与高压发生器连接；
(4) 、 利用高压发生器将高压液体介质输入膨胀器内， 使膨胀器内壁受压 ， 继而使孔的内壁受压， 持续增压直至欲被裂开的岩石或混凝土裂开。
2、
根据权利要求 1所述的岩石或混凝土的裂开方法， 其特征在于： 所述高压液 体介质的压力为 lOMPa至 1000MPa。
3、
根据权利要求 1或 2所述的岩石或混凝土的裂开方法， 其特征在于： 所述膨 胀器包括芯轴、 可膨胀胶套和外套， 所述可膨胀胶套的第一端口和第二端 口分别固定密封在所述芯轴外壁上， 在所述芯轴一端的端面上设有轴向孔
， 所述轴向孔通过设在所述芯轴上的径向出口， 与所述芯轴外壁和所述可 膨胀胶套内壁之间所构成的空腔相通;在所述可膨胀胶套外面设有一个可随 膨胀套一起膨胀，但是，又将膨胀套限定于其内的外套。
4、
根据权利要求 3所述的岩石或混凝土的裂开方法， 其特征在于： 多外结构相 同的膨胀器首尾相连， 可以构成多级膨胀器。
5、
根据权利要求 4所述的岩石或混凝土的裂开方法， 其特征在于： 所述多外结 构相同的膨胀器的长度不相等。
6、
一种实现上述权利要求 1裂开方法的装置， 其特征在于： 包括高压发生器、 耐高压管、 膨胀器； 所述耐高压管一端与膨胀器的进口端密封连接； 所述 耐高压管的另一端与所述高压发生器出口端密封连接。 根据权利要求 6所述的装置， 其特征在于： 所述膨胀器包括芯轴、 可膨胀胶 套， 所述可膨胀胶套的第一端口和第二端口分别固定密封在所述芯轴外壁 上， 在所述芯轴一端的端面上设有轴向孔， 所述轴向孔通过设在所述芯轴 上的径向出口， 与所述芯轴外壁和所述可膨胀胶套内壁之间所构成的空腔 相通;在所述可膨胀胶套外面设有一个可随膨胀套一起膨胀，但是，又将膨胀 套限定于其内的外套。
8、
根据权利要求 7所述的装置， 其特征在于： 所述外套包括偶数片外张爪， 所 述两相对外张爪之间通过径向设置的拉簧连接。
9、
根据权利要求 8所述的装置， 其特征在于： 在相邻两外张爪之间内侧设有垫 件。
10、
根据权利要求 9所述的装置， 其特征在于： 所述岩石或混凝土的膨胀器由两 个或两个以上的结构相同的岩石或混凝土的膨胀器首尾相连成多节状， 在 所述最后一节岩石或混凝土的膨胀器的孔的出口端设有堵头。
11、
一种实现权利要求 1第 （2) 步骤的膨胀器， 其特征在于： 所述膨胀器包括 芯轴、 可膨胀胶套， 所述可膨胀胶套的第一端口和第二端口分别固定密封 在所述芯轴外壁上， 在所述芯轴一端的端面上设有轴向孔， 所述轴向孔通 过设在所述芯轴上的径向出口， 与所述芯轴外壁和所述可膨胀胶套内壁之 间所构成的空腔相通;在所述可膨胀胶套外面设有一个可随膨胀套一起膨胀， 但是，又将膨胀套限定于其内的外套。
12、
根据权利要求 11所述的装置， 其特征在于： 所述外套包括偶数片外张爪， 所述两相对外张爪之间通过径向设置的拉簧连接。
13、
根据权利要求 12所述的装置， 其特征在于： 所述岩石或混凝土的膨胀器由 两个或两个以上的结构相同的岩石或混凝土的膨胀器首尾相连成多节状， 在所述最后一节岩石或混凝土的膨胀器的孔的出口端设有堵头。
14、
根据权利要求 13所述的装置， 其特征在于： 在相邻两外张爪之间内侧设有 垫件。
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