基于静动力交替耦合的高强度岩石分裂方法和分裂装置制造方法及图纸

公开了一种基于静动力交替耦合的高强度岩石分裂方法和分裂装置，方法包括：测量高强度岩石位置参数和尺寸参数，确定至少一个静力破岩区域，动力破岩区域邻接静力破岩区域使得静力破岩区域和动力破岩区域交替间隔，在静力破岩区域布置多个静力破岩孔位，基于静力破岩孔位打孔形成静力破岩孔，在动力破岩区域布置多个动力破岩孔位，基于动力破岩孔位打孔形成动力破岩孔，预定量的静态破碎剂灌装到静力破岩孔内且闭合孔眼，静态破碎剂反应完全以分裂静力破岩区域，单极破岩柱插入动力破岩孔且使得破岩极轴朝向静力破岩区域，液压推动破岩极轴分裂动力破岩区域，直到高强度岩石完全分裂。

High Strength Rock Splitting Method and Device Based on Static-Dynamic Alternating Coupling

A high-strength rock splitting method and splitting device based on alternating coupling of static and dynamic forces is disclosed. The method includes: measuring the position and size parameters of high-strength rock, determining at least one static rock-breaking area, adjacent static rock-breaking area to dynamic rock-breaking area, alternating interval between static rock-breaking area and dynamic rock-breaking area, and arranging multiple static rock-breaking holes in static rock-breaking area. Based on static breaking hole position, static breaking hole is formed, multiple dynamic breaking hole positions are arranged in dynamic breaking area, dynamic breaking hole is formed based on dynamic breaking hole position, and a predetermined amount of static breaking agent is filled into static breaking hole and closed hole. Static breaking agent reacts completely in static breaking area, unipolar breaking column is inserted into dynamic breaking hole and rock breaking pole is made. Axis is directed towards the static rock breaking area, and hydraulic pressure pushes the rock breaking polar axis to split the dynamic rock breaking area until the high strength rock is completely split.

【技术实现步骤摘要】
基于静动力交替耦合的高强度岩石分裂方法和分裂装置
本专利技术涉及岩石非爆破裂
，特别是一种基于静动力交替耦合的高强度岩石分裂方法和分裂装置。
技术介绍
目前，爆破仍是破碎岩石最经济、快捷的方法，但爆破过程中，可能产生爆破震动、爆破飞石、有毒气体等有害效应，当这些爆破危害失控时，可能对爆破点周围环境、人员或设备造成影响。近年来，随着人们自我保护意识和环境保护意识的加强，人们越来越关注爆破危害，尤其是当爆破区域距建(构)筑物很近时，为了确保周围建筑物的安全，减少因爆破引起的纠纷，一些施工单位不使用常规的爆破方法，而趋向于应用非爆破开挖的破岩工艺。这些需求也促使人们对非爆破破岩方法进行深入研究。目前，非爆破的破岩工艺经过了多年的不断研究已有了长足的发展，与传统爆破方法相比，非爆破方法具有安全性高、噪声小、无污染等优点。目前常用的非爆方法有：二氧化碳致裂技术是一种高压气体爆破技术，是利用液态二氧化碳吸热气化时体积急剧膨胀产生高压，致使煤(岩)体破碎或开裂。可广泛应用于煤矿及非煤矿山、水泥、采石等诸多行业。特别适用于煤与瓦斯突出矿并，替代炸药，可用于爆破落煤、瓦斯综合治理、冲击地压治理、消突、顶煤弱化、石门揭煤，巷道底鼓治理、煤仓清堵等。高频破碎锤是一种主要应用在岩石的破碎、旧城改造项目、混凝土构件的拆毁施工中的新型液压工程设备。近年来，随着国家对城市噪声污染和爆破采石工法危害性的控制，高频破碎锤凭借其工作的灵活性、载体设备的多样性及其高效的工作效率，高频破碎锤得到了快速发展。随着人们对环境和安全越来越重视，非爆破破岩方法得到了较大的发展，与常规爆破方法相比，非爆破法破碎岩石成本高出很多，但它安全，无污染、无危害。因此在距建筑物较近的地点实施破岩时，应结合爆区周围环境的特点，综合应用这两种手段，合理划分爆破区域与非爆破区域，达到既安全又经济的目的。但对于大体积岩体，单纯的静态破碎法需要耗费大量试剂，且爆破周期长，对坚硬岩石效果差。二氧化碳致裂器虽然属于非爆方法，但实施过程中仍会产生冲击波，影响周围岩体，对于对地层扰动要求严格的区域仍不能使用。高频破碎锤对大体积岩石的破裂仍然有效率慢等缺点。随着人们对环境和安全越来越重视，非爆破破岩方法得到了较大的发展，与常规爆破方法相比，非爆破法破碎岩石成本高出很多，但它安全，无污染、无危害。但上述的非爆方法破碎效率低且能分裂强度低于50MPa的岩石，对于强度超过100MPa的超高强度岩石尚缺少较好的施工方法。在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现思路
专利技术要解决的问题如上所述，本专利技术需要提供一种基于静动力交替耦合的高强度岩石分裂方法和分裂装置，其能够对强度超过100MPa的超高强度岩石进行分裂，且施工效率高，操作方便且安全可靠。解决问题的方案本专利技术人等为了达成上述目的而进行了深入研究，具体而言，本专利技术提供一种基于静动力交替耦合的高强度岩石分裂方法包括下述步骤：第一步骤中，测量高强度岩石位置参数和尺寸参数，对高强度岩石取芯测量其强度以获得基于位置参数的岩石强度分布数据，确定至少一个静力破岩区域，其为小于预定强度、无发育裂隙且不连通地下水的岩石区域，动力破岩区域邻接所述静力破岩区域使得静力破岩区域和动力破岩区域交替间隔，第二步骤中，在所述静力破岩区域布置多个静力破岩孔位，其中，基于静力破岩区域的尺寸参数和岩石强度分布数据确定孔深、孔距和排距，基于静力破岩孔位打孔形成静力破岩孔，在所述动力破岩区域布置多个动力破岩孔位，其中，基于动力破岩区域的尺寸参数和岩石强度分布数据确定孔深、孔距和排距，基于动力破岩孔位打孔形成动力破岩孔，第三步骤中，预定量的静态破碎剂灌装到静力破岩孔内且闭合孔眼，静态破碎剂反应完全以分裂静力破岩区域，第四步骤中，单极破岩柱插入所述动力破岩孔且使得破岩极轴朝向静力破岩区域，液压推动所述破岩极轴分裂动力破岩区域，直到高强度岩石完全分裂。本专利技术中的高强度岩石指的是强度超过100MPa的岩石。在所述的基于静动力交替耦合的高强度岩石分裂方法中，第一步骤中，所述预定强度为30-40Mpa，岩石强度分布数据包括岩石强度走向图。在所述的基于静动力交替耦合的高强度岩石分裂方法中，第二步骤中，静破岩孔位梅花状布满静力破岩区域和/或动破岩孔位梅花状布满动力破岩区域高，潜孔钻基于破岩孔位打孔形成破岩孔，静破岩孔位的孔距m400mm～450mm。在所述的基于静动力交替耦合的高强度岩石分裂方法中，第二步骤中，动破岩孔的孔深为岩石深度的0.4-0.6倍，动破岩孔位的孔距M以及其与静力破岩区孔位的距离L由以下方法确定：M＝2m，其中F为单个破岩极轴对岩体施加的力的大小，r为静力破岩孔的半径，R为动力破岩孔半径，为岩体压力扩散角，m为静破岩孔位孔距，σ为岩石单轴饱和抗压强度。在所述的基于静动力交替耦合的高强度岩石分裂方法中，相邻的静力破岩区域和动力破岩区域中，每两个静力破岩孔与一个动力破岩孔对应且分置于动力破岩孔两侧。在所述的基于静动力交替耦合的高强度岩石分裂方法中，第三步骤中，静态破碎剂包括氧化钙，所述预定量为4.5-5Kg，第四步骤中，所述单极破岩柱的直径为破岩孔半径r的92％-98％。根据本专利技术的另一方面，一种实施所述基于静动力交替耦合的高强度岩石分裂方法的分裂装置包括，测量单元，其配置成测量高强度岩石位置参数和尺寸参数，强度检测单元，其基于所述位置参数生成岩石强度分布数据，钻孔单元，其基于破岩孔位打孔形成破岩孔，分裂单元，用于分裂高强度岩石的分裂单元包括释放静态破碎剂的静力分裂单元和动力分裂岩石的动力分裂单元，动力分裂单元包括，液压源，其提供分裂单元分裂的动力，单极破岩柱，插入所述破岩孔的单极破岩柱经由输油管连接所述液压源，破岩极轴，其经由液压驱动可伸缩布置在所述单极破岩柱，所述破岩极轴朝向静力破岩区域，处理单元，其一端连接所述测量单元和强度检测单元，另一端连接钻孔单元和分裂单元，响应于岩石强度分布数据，处理单元确定岩石的至少一个静力破岩区域，以及邻接所述静力破岩区域的动力破岩区域响应于所述尺寸参数和岩石强度分布数据，处理单元确定静力破岩孔和动力破岩孔的孔位、孔深、孔距和排距，使得钻孔单元基于破岩孔位打孔形成预定孔深、孔距和排距的破岩孔，响应于岩石强度分布数据，处理单元确定所述预定量以释放静态破碎剂于静力破岩孔，以及确定液压作用力，使得破岩极轴分裂高强度岩石。在所述的分裂装置中，所述测量单元包括GPS导航设备，所述强度检测单元包括用于取芯的钻机和强度测量单元，所述钻孔单元包括潜孔钻。在所述的分裂装置中，液压源包括液压油泵、增压器和用于控制液压的控制器，所述单极破岩柱的一侧纵向排列至少六个所述破岩极轴。在所述的分裂装置中，处理单元包括数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，处理单元包括存储器，所述存储器可以包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。本专利技术具有以下特点：施工方便，钻孔采用常用的潜孔钻钻孔，成孔简单、应用灵活、操作方便，对操作人员技能无特殊要求。静态破碎剂不属于危险物品，因而在购买本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于静动力交替耦合的高强度岩石分裂方法，其包括下述步骤：第一步骤中，测量高强度岩石位置参数和尺寸参数，对高强度岩石取芯测量其强度以获得基于位置参数的岩石强度分布数据，确定至少一个静力破岩区域，其为小于预定强度、无发育裂隙且不连通地下水的岩石区域，动力破岩区域邻接所述静力破岩区域使得静力破岩区域和动力破岩区域交替间隔，第二步骤中，在所述静力破岩区域布置多个静力破岩孔位，其中，基于静力破岩区域的尺寸参数和岩石强度分布数据确定孔深、孔距和排距，基于静力破岩孔位打孔形成静力破岩孔，在所述动力破岩区域布置多个动力破岩孔位，其中，基于动力破岩区域的尺寸参数和岩石强度分布数据确定孔深、孔距和排距，基于动力破岩孔位打孔形成动力破岩孔，第三步骤中，预定量的静态破碎剂灌装到静力破岩孔内且闭合孔眼，静态破碎剂反应完全以分裂静力破岩区域，第四步骤中，单极破岩柱插入所述动力破岩孔且使得破岩极轴朝向静力破岩区域，液压推动所述破岩极轴分裂动力破岩区域，直到高强度岩石完全分裂。

【技术特征摘要】
1.一种基于静动力交替耦合的高强度岩石分裂方法，其包括下述步骤：第一步骤中，测量高强度岩石位置参数和尺寸参数，对高强度岩石取芯测量其强度以获得基于位置参数的岩石强度分布数据，确定至少一个静力破岩区域，其为小于预定强度、无发育裂隙且不连通地下水的岩石区域，动力破岩区域邻接所述静力破岩区域使得静力破岩区域和动力破岩区域交替间隔，第二步骤中，在所述静力破岩区域布置多个静力破岩孔位，其中，基于静力破岩区域的尺寸参数和岩石强度分布数据确定孔深、孔距和排距，基于静力破岩孔位打孔形成静力破岩孔，在所述动力破岩区域布置多个动力破岩孔位，其中，基于动力破岩区域的尺寸参数和岩石强度分布数据确定孔深、孔距和排距，基于动力破岩孔位打孔形成动力破岩孔，第三步骤中，预定量的静态破碎剂灌装到静力破岩孔内且闭合孔眼，静态破碎剂反应完全以分裂静力破岩区域，第四步骤中，单极破岩柱插入所述动力破岩孔且使得破岩极轴朝向静力破岩区域，液压推动所述破岩极轴分裂动力破岩区域，直到高强度岩石完全分裂。2.根据权利要求1所述的基于静动力交替耦合的高强度岩石分裂方法，其特征在于，第一步骤中，所述预定强度为30-40Mpa，岩石强度分布数据包括岩石强度走向图。3.根据权利要求1所述的基于静动力交替耦合的高强度岩石分裂方法，其特征在于，第二步骤中，静破岩孔位梅花状布满静力破岩区域和/或动破岩孔位梅花状布满动力破岩区域高，潜孔钻基于破岩孔位打孔形成破岩孔，静破岩孔位的孔距m400mm～450mm。4.根据权利要求1所述的基于静动力交替耦合的高强度岩石分裂方法，其特征在于，第二步骤中，动破岩孔的孔深为岩石深度的0.4-0.6倍，动破岩孔位的孔距M以及其与静力破岩区孔位的距离L由以下公式确定：M＝2m，其中F为单个破岩极轴对岩体施加的力的大小，r为静力破岩孔的半径，R为动力破岩孔半径，为岩体压力扩散角，m为静破岩孔位孔距，σ为岩石单轴饱和抗压强度。5.根据权利要求1所述的基于静动力交替耦合的高强度岩石分裂方法，其特征在于，相邻的静力破岩区域和动力破岩区域中，每两个静力破岩孔与一个动力破岩孔对应且分置于动力破岩孔两侧。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：牛自强，王力功，候晓军，燕添羽，谢玮珺，陶祥令，苏运河，程军飞，李燕隆，王昱鑫，王刚，冯新涛，郭严涛，路克明，万雄雄，
申请(专利权)人：中铁十二局集团有限公司，中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：山西,14