鉆孔劈裂器破巖技術(shù)及其應(yīng)用分析

張帆 陸天明 張碩 席海躍 史玉廷

中國建筑第八工程局有限公司東北分公司 遼寧大連 116000

因巖石抗拉強(qiáng)度低于抗壓強(qiáng)度，因此運(yùn)用張力來進(jìn)行巖石破碎，能有效降低在進(jìn)行劈巖作業(yè)時產(chǎn)生的能量消耗，同時還能進(jìn)一步強(qiáng)化劈巖工作效率，在這樣的背景下，鉆孔劈裂器因此被研發(fā)出來。鉆孔劈裂器破巖技術(shù)就是在采礦工程、土木工程等相關(guān)工程中應(yīng)用比較常見的破巖方式，其具有比較先進(jìn)的應(yīng)用原理，所以被相關(guān)人士稱為是當(dāng)前具有廣闊發(fā)展前景的一種非爆破技術(shù)。

1 鉆孔劈裂器破巖裝置種類

1.1 徑向劈裂器

其一，關(guān)于靜態(tài)徑向劈裂器，是出現(xiàn)比較早的一種鉆孔劈裂器破巖裝置，就該裝置的組成來看，其主要是由動力供給系統(tǒng)、控制組建、液壓管路等構(gòu)成的，該裝置在工作狀態(tài)時，通過泵站將高壓油提供給系統(tǒng)，然后再經(jīng)過控制組件、液壓管路，以此來進(jìn)入液壓缸中的無桿腔中，之后采取相應(yīng)動作促使其中的活塞朝下進(jìn)行運(yùn)動，以此促使中間部分的楔子能夠因此繼續(xù)向下進(jìn)行移動，這樣做的目的在于讓楔子兩側(cè)翼片處于擴(kuò)張狀態(tài)，然后促使原本為縱向推力逐步轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向的劈裂力，使其將作用傾向于孔壁位置[1]。在作用過程中，若劈裂力超出一定數(shù)值情況下，巖石也就會隨之開裂。從整體上來看，這種類型的劈裂器為手持使用，結(jié)構(gòu)相對比較簡單，便于攜帶，但其中也有一定缺陷之處，例如破巖效率有待進(jìn)一步提升，在實(shí)際作業(yè)時需要至少兩個自由面等等。

其二，對于動態(tài)徑向劈裂器，對于該種類型的劈裂器是基于靜態(tài)劈裂器進(jìn)行研發(fā)的，主要有楔型組件、液壓錘組合而成，其中液壓錘通過外接油壓系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)控制，能夠?yàn)閷?shí)際作業(yè)提供其需要的各種加速速率，在工作原理上，與上述靜態(tài)劈裂存在很大的相似之處，不同之處在于動態(tài)劈裂器重的楔塊組件中楔子不是由液壓缸進(jìn)行驅(qū)動的，而是通過液壓沖擊錘本身的沖擊來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動。將動態(tài)和靜態(tài)兩種劈裂器進(jìn)行比較之下，前者破巖能力有了很大的改善，但因其中的配件相對比較多，在攜帶上有很大的不便，這也就使得其使用范圍受到限制。

1.2 軸向-徑向劈裂器

因上述徑向劈裂器在破巖時需要至少兩個自由面才能開展作業(yè)，這也就對地下采礦、隧道工程破巖作業(yè)帶來一項(xiàng)限制，而通過軸向-徑向劈裂器很好的改善徑向劈裂器中存在的不足之處，這種劈裂器在使用過程中，可采用單自由面進(jìn)行破巖作業(yè)，同時對鉆孔位置以及孔網(wǎng)參數(shù)方面的要求相對比較低，是進(jìn)行地下采礦作業(yè)和隧道開挖作業(yè)中應(yīng)用高效率的裝置。

1.3 孔內(nèi)柱式劈裂器

這種類型的劈裂器是當(dāng)前一種新型的破巖裝置設(shè)備，是一位美國設(shè)計(jì)師所設(shè)計(jì)，該裝置在工作過程中，首先需要將劈裂頭部位置安裝在鉆孔中，然后朝向劈裂頭進(jìn)行壓力油供應(yīng)，這時候壓力柱頭就會朝向外部伸出，從而作用于孔壁。但在實(shí)際應(yīng)用中，因該劈裂器作用力不需要楔形裝置進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，行程上相對比較大，進(jìn)一步強(qiáng)化能量在其中的利用率，除此之外，該種類型劈裂器不僅僅能夠多個孔串聯(lián)，同時也可多個孔并聯(lián)使用，進(jìn)一步強(qiáng)化了劈裂成效。

1.4 液壓劈裂機(jī)

關(guān)于液壓劈裂機(jī)，其在工作過程中，首先要做的就是進(jìn)行打孔作業(yè)，然后將劈裂器轉(zhuǎn)動到相應(yīng)的鉆孔所處位置，完成上述準(zhǔn)備工作后即可進(jìn)行破巖作業(yè)[2]。這種機(jī)器在使用中，因其本身就具備鉆孔機(jī)械和劈裂裝置，因此在實(shí)際作業(yè)過程中，可通過換位機(jī)構(gòu)的方式來實(shí)現(xiàn)鉆孔與劈裂兩者之間的交叉作業(yè)，具有非常強(qiáng)的機(jī)械化程度，自動化程度也比較強(qiáng)，因此大多適用于大型的露天礦山、地下礦山等一些破巖作業(yè)中，對提升破巖工作效率有積極性應(yīng)用意義。

2 鉆孔劈裂器破巖技術(shù)的應(yīng)用

本文所講的鉆孔劈裂器破巖技術(shù)，可將其簡單成為是RDS工藝，本質(zhì)上屬于沒有污染的一種生態(tài)環(huán)保技術(shù)，可運(yùn)用單個劈裂器開展相應(yīng)作業(yè)，也可食用多個劈裂器組合進(jìn)行作業(yè)。當(dāng)前該技術(shù)應(yīng)用比較廣泛的是礦巖開挖、隧道掘進(jìn)等一些礦山施工作業(yè)中，還可將其用于建筑物拆除、國防等相關(guān)領(lǐng)域中的巖體開挖和破碎方面的施工作業(yè)中。除以上之外，將該技術(shù)與其他類型的破巖技術(shù)組合起來共同應(yīng)用，以此來構(gòu)建一種更加高效的非爆破性的綜合破巖技術(shù)，關(guān)于綜合破巖技術(shù)主要有以下幾方面的內(nèi)容：其一，將掌子面以掘進(jìn)暴露面展示出來，然后進(jìn)行地壓釋放[3]；其二，通過運(yùn)用RDS技術(shù)，促使掌子面形成裂隙網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)；其三，通過液壓錘將其中處于分離狀態(tài)下的巖體破碎成所要求的相關(guān)塊度，這樣做的目的在便于清除外運(yùn)。

關(guān)于當(dāng)前進(jìn)行掌子面上礦山地壓釋放，所使用的最優(yōu)化方案為RDS+HB方案，例如意大利國家在進(jìn)行公路隧道和西西里島地鐵線掘進(jìn)作業(yè)時，就是通過運(yùn)用德國的一個Krupp公司所生產(chǎn)的一種液壓錘開展相關(guān)施工作業(yè)；再例如加大那國家在進(jìn)行馬尼托巴州試驗(yàn)隧道時，采用德國Porsfeld公司所生產(chǎn)的液壓劈裂器開展掘進(jìn)作用，以上隧道經(jīng)驗(yàn)都證實(shí)了RDS+HB方案具有很好的應(yīng)用優(yōu)勢，在掘進(jìn)整體性相對比較完好，且非常堅(jiān)硬的巖層掘進(jìn)施工作業(yè)過程中，若僅使用液壓錘進(jìn)行巖體沖擊破碎施工，是無法切實(shí)提升作業(yè)效率，因此將RDS技術(shù)應(yīng)用其中，促使巖體處于裂隙網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下，然后借助液壓錘本身的沖擊力來進(jìn)行破巖，效率明顯比不適用RDS技術(shù)要提升四倍至八倍。據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，巖體狀態(tài)越完整、強(qiáng)度越大的情況下，最終破巖的工作效率也會越高。

3 結(jié)語

綜上，從整體上來講，當(dāng)前鉆孔劈裂器破巖技術(shù)不論是在技術(shù)上、應(yīng)用性能上，還是存在很多不足之處需要進(jìn)一步改進(jìn)，因此這就要求相關(guān)工作人員加大對鉆孔劈裂機(jī)的設(shè)計(jì)水平，并對其在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行相應(yīng)指導(dǎo)，以此來進(jìn)一步提升其在實(shí)際破巖作業(yè)中的應(yīng)用效率。