一种基于拉剪应力进行机械破岩的新方法技术

本发明专利技术公开了一种基于拉剪应力进行机械破岩的新方法，液压动力机构含有可以移动的动力车(9)、装配在动力车(9)上的液压油箱(11)，液压油箱(11)上设有驱动电机(10)、压力表(12)、控制液压油箱(11)送油的操控器(13)；拉拔破岩机构含有液压顶(1)、顶升竖杆(2)、垫板(4)、横梁(5)、拉拔杆(6)、锚固杆(8)；送油管路(14)、回油管路(15)的一端分别与液压顶(1)的进油口、回油口连接，另一端分别与液压油箱(11)的出油阀门、回油阀门连接。本发明专利技术充分利用岩体抗压不抗拉剪的特性，实现“只钻孔不爆破”的静态环保机械破岩，避免岩块的过度粉碎及较高的大块率，满足工程项目岩石块度的需要，提高机械化铲装运输效率，降低铲运作业成本，可在矿山、隧道、交通道路、边坡、基坑开挖等领域广泛应用。领域广泛应用。领域广泛应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于拉剪应力进行机械破岩的新方法


[0001]本专利技术属于机械破岩
，具体涉及一种基于拉剪应力进行机械破岩的新方法，可在矿山、隧道、交通道路、边坡、基坑开挖等领域广泛应用。

技术介绍

[0002]当前炸药爆破仍是最主要的岩体破碎方式，然而爆破破岩方式下粉碎区的岩体过于破碎、裂隙区易于产生大块，导致炸药能量利用率低，一般在20％左右；且大量的爆炸能量释放后造成了严重的爆破振动、噪声等次生灾害，同时产生了大量的爆破粉尘和CO、NO、NO2、NH3、SO2等爆破有毒有害气体，污染生产作业环境和大气环境，严重危害着作业人员的身体健康；对于地下空间爆破作业而言，常常诱发爆破炮烟中毒事故，对生产作业安全构成严重威胁，同时大大增加了生态环境保护和节能减排的压力。如2009年全国金属非金属矿山共发生较大生产安全事故45起，死亡176人；其中，爆破炮烟中毒窒息事故高达12起，死亡46人，占死亡总人数的26.1％。我国每年的工业炸药使用量约420万吨，按照工业炸药产生有毒有害气体50L/kg的系数进行换算，则每年排放有毒有害气体量达21000万m3，环境污染严重。如何彻底解决爆破方式破岩的次生灾害难题，是当前生态文明建设背景下安全环保破岩的关键，对于生态环境保护具有重要现实意义。
[0003]为了克服爆破破岩方式存在的问题，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。为此，人们研究了多种新的破岩方法，如水力破岩、机械破岩、水力和机械联合破岩、超声辅助破岩、激光辅助破岩、气体膨胀破岩。《中国科技信息》2015年第21期发表的“非爆破破岩方法综述”介绍了目前国内外几种常见的用于硬岩开挖的非爆破方法，对各种非爆破破岩方法的破岩工作原理进行了阐述，并对其所用到的机械设备的性能特点进行了总结，具体包括静态破碎法、二氧化碳致裂器、液压劈裂机、高频破碎锤等非爆破手段。上述方法尽管都具有安全高，污染小、危害低等优点，但与常规爆破方法相比，非爆破法破碎岩石成本高出很多，且都难以在工业上大规模、低成本利用。
[0004]众所周知，岩石具有抗压而不抗拉剪的特性，岩石的抗拉强度和抗剪强度远小于岩石的抗压强度。一般来说，岩石的抗拉强度最小，抗剪强度次之，抗压强度最大；岩石的抗拉强度通常为抗压强度的1/10～1/30，抗剪强度为抗压强度的1/8～1/12。如何利用这一岩石特性进行工程破岩是提高能量利用率、降低能量消耗、避免爆破次生危害的重要研究方向。
[0005]为此，本专利技术提出了一种基于拉剪应力进行机械破岩的新方法。

技术实现思路

[0006]为克服炸药爆破方式破岩的诸多弊端，降低爆炸破岩能量消耗，提高破岩能量利用率，创造优良的生产作业环境，彻底解决爆破破岩时诱发的爆破振动、爆破粉尘和有毒有
害气体等危害难题，本专利技术提出了一种基于拉剪应力进行机械破岩的新方法，该方法充分利用岩体的抗压而不抗拉剪的特点，当岩体受到的拉应力和剪应力超过其抗拉强度和抗剪强度时即可将岩体破碎成一定的块度，利用较小的拉、剪应力达到破碎岩体的目的，形成静态环保机械破岩新方法。
[0007]为实现本专利技术的上述目的，本专利技术一种基于拉剪应力进行机械破岩的新方法通过以下技术方案实现：
[0008]本专利技术一种基于拉剪应力进行机械破岩的新方法，采用的破岩装备系统由液压动力机构、拉拔破岩机构通过送油管路、回油管路连接构成；所述的液压动力机构含有可以移动的动力车、装配在动力车上的液压油箱，液压油箱上设有驱动电机、压力表、控制液压油箱送油的操控器；所述的拉拔破岩机构含有液压顶、顶升竖杆、垫板、横梁、拉拔杆、锚固杆，液压顶位于垫板上，顶升竖杆的下部与液压顶的上端连接，横梁的两端通过卡销与顶升竖杆的上端连接固定，拉拔杆的上部通过卡销与横梁相连，拉拔杆的下部通过夹具与按照设计孔距、排距布设在岩体中的拉拔孔内的锚固杆相连；送油管路、回油管路的一端分别与液压顶的进油口、回油口连接，另一端分别与液压油箱的出油阀门、回油阀门连接；
[0009]其机械破岩的步骤为：
[0010]1)在岩体中按照设计孔距、排距参数钻凿限位孔和拉拔孔，限位孔位于拉拔孔构成的矩形面的四周；采用锚固剂将锚固杆分段锚固在拉拔孔中，使锚固杆与拉拔孔周围的岩体紧密连接；
[0011]2)待锚固杆达到设计锚固力后，采用夹具将锚固杆的上端与拉拔杆的下部连接固定，然后通过拉拔杆与横梁连接；
[0012]3)将液压顶安设位置的地表松散碎石清理干净，处理至稳定的基岩；将垫板放置于岩面上，然后安放好液压顶，连接固定好顶升竖杆，并通过卡销与横梁连接牢固；
[0013]4)然后分别将送油管路、回油管路的一端与液压顶的进油口、回油口连接，另一端分别与液压油箱的出油阀门、回油阀门连接；
[0014]5)采用动力车将驱动电机启动，操作操控器将液压油箱(11)中的液压油通过送油管路输送到液压顶的油缸中；
[0015]6)液压顶在液压驱动下缓慢提升，带动顶升竖杆和横梁一起逐渐上升；
[0016]7)拉拔杆和夹具随横梁一起缓慢提升，进而带动锚固杆将位于上部的第一次拉裂区域的岩体拉裂形成破碎岩块；
[0017]8)采用机械装载设备将第一次拉裂区域破碎的岩块清理后，采用同样的方式对位于第一次拉裂区域下部的第二次拉裂区域进行破岩工作，依次类推；
[0018]9)拉拔孔区域的岩体全部破碎后，采用动力车将设备运输到其他区域进行破岩工作。
[0019]根据现场工程破岩需要，本专利技术所述的拉拔孔可以为垂直孔(竖向拉拔情况下)或者水平孔(侧向拉拔情况下)，拉拔孔与岩体表面垂直，孔径40～150mm，间距0.6～1.5m，钻孔长度根据生产需要在1～15m范围之间可调，满足工程所需岩体破碎块度要求。
[0020]锚固杆可以采用螺纹钢，也可以采用多束钢绞线，为满足拉拔强度要求，锚固杆直径一般为18～100mm、长度为0.6～1.5m；
[0021]本专利技术在工程应用中，还要在拉拔孔构成的矩形面的四周钻设限位孔，当存在一
个或者多个自由面时，则相应减少一侧或多侧的限位孔；限位孔的钻孔直径比拉拔孔小20mm～50mm，钻孔间距为拉拔孔的1/3～1/2，钻孔长度与拉拔孔相同。
[0022]为了保护环境，锚固剂采用可降解树脂或其他环保材料，能够在5～10分钟内迅速达到设定锚固力。一般情况下，设定锚固力为拉拔孔周围岩体抗拉强度的1.5～3.0倍。
[0023]根据工程实际需要，布设于拉拔孔内的锚固杆可以为一段、两段、三段或多段，相邻两段之间的端头交错埋设。
[0024]所述的拉拔孔为全长一次性锚固，采用“一次钻孔、分段破岩”的多次拉拔机械破岩方式；根据岩体特性和液压顶的顶升能力，每次拉拔1～5排钻孔。相邻拉拔孔之间、拉拔孔和限位孔之间的岩体皆受到拉应力，形成受拉破本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于拉剪应力进行机械破岩的新方法，其特征在于：采用的破岩装备系统由液压动力机构、拉拔破岩机构通过送油管路(14)、回油管路(15)连接构成；所述的液压动力机构含有可以移动的动力车(9)、装配在动力车(9)上的液压油箱(11)，液压油箱(11)上设有驱动电机(10)、压力表(12)、控制液压油箱(11)送油的操控器(13)；所述的拉拔破岩机构含有液压顶(1)、顶升竖杆(2)、垫板(4)、横梁(5)、拉拔杆(6)、锚固杆(8)，液压顶(1)位于垫板(4)上，顶升竖杆(2)的下部与液压顶(1)的上端连接，横梁(5)的两端通过卡销(3)与顶升竖杆(2)的上端连接固定，拉拔杆(6)的上部通过卡销(3)与横梁(5)相连，拉拔杆(6)的下部通过夹具(7)与按照设计孔距、排距布设在岩体(21)中的拉拔孔(17)内的锚固杆(8)相连；送油管路(14)、回油管路(15)的一端分别与液压顶(1)的进油口、回油口连接，另一端分别与液压油箱(11)的出油阀门、回油阀门连接；其机械破岩的步骤为：1)在岩体(21)中按照设计孔距、排距参数钻凿限位孔(16)和拉拔孔(17)，限位孔(16)位于拉拔孔(17)构成的矩形面的四周；采用锚固剂(18)将锚固杆(8)分段锚固在拉拔孔(17)中，使锚固杆(8)与拉拔孔(17)周围的岩体(21)紧密连接；2)待锚固杆(8)达到设计锚固力后，采用夹具(7)将锚固杆(8)的上端与拉拔杆(6)的下部连接固定，然后通过拉拔杆(6)与横梁(5)连接；3)将液压顶(1)安设位置的地表松散碎石清理干净，处理至稳定的基岩；将垫板(4)放置于岩面上，然后安放好液压顶(1)，连接固定好顶升竖杆(2)，并通过卡销(3)与横梁(5)连接牢固；4)然后分别将送油管路(14)、回油管路(15)的一端与液压顶(1)的进油口、回油口连接，另一端分别与液压油箱(11)的出油阀门、回油阀门连接；5)采用动力车(9)将驱动电机(10)启动，操作操控器(13)将液压油箱(11)中的液压油通过送油管路(14)输送到液压顶(1)的油缸中；6)液压顶(1)在液压驱动下缓慢提升，带动顶...

【专利技术属性】
技术研发人员：仪海豹，陈能革，潘祖瑛，汪禹，李二宝，
申请(专利权)人：马鞍山矿山研究院爆破工程有限责任公司华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：