CN108868597A - 无炸药破岩方法、无炸药破岩掘砌方法与无炸药破岩设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无炸药破岩方法，以及一种无炸药破岩掘砌方法，以及一种无炸药破岩方法中所使用的无炸药破岩设备。该无炸药破岩方法包括：步骤一、在需要进行破碎的岩体上进行开孔；步骤二、设置分裂机，并将分裂机的楔块组插入至步骤一的开孔内，然后利用楔块组在岩体的开孔上施加作用力将其撑开。该无炸药破岩方法利用无炸药破岩设备实现岩体的无炸药破岩，能够解决火工品爆炸而引起的各类问题。本发明实现了无炸药化破岩操作，这样可以实现各项工序的机械化操作，其各工序衔接时间得到显著缩短，从而达到加快施工速度、优化施工安全环境、缩短建井时间的目的，本发明技术的成功实施将带来非常可观的经济效益。

Description

无炸药破岩方法、无炸药破岩掘砌方法与无炸药破岩设备

技术领域

本发明涉及岩土工程破岩掘砌技术领域，更具体地说，特别涉及一种无炸药破岩方法与一种无炸药破岩掘砌方法以及一种无炸药破岩设备。

背景技术

岩土体是由一种或几种矿物和天然玻璃组成的、具有稳定外形的固态集合体，是组成地壳的物质之一，也是构成地球岩体圈的主要成分。在煤矿建井施工中，对于松散地层，配合相应机械开挖较方便，随着开挖深度的增加，势必会遇到坚硬岩体地层。

煤矿建井初期井筒施工期间，破岩工作量非常大，在没有火工品的情况下，如果遇到坚硬的岩体，破岩工作就变得非常棘手。随着火工品及爆破技术的成熟应用，使得坚硬岩体破除及掘砌就变得轻松许多。火工品爆破破岩针对不同的工况和地质条件及需要考虑的影响可选用的方法有：浅孔爆破法、深孔爆破法、洞室爆破发、预裂爆破法、光面爆破法等，在火工品爆破破岩的基础上配合机械出矸技术，极大程度地提高了井筒施工效率。

爆破破岩配合机械出矸施工技术的益处不言而喻，但随之产生的新问题也不容忽视，诸如火工品的安全管理问题、爆破时人员和设备的安全隐患、爆破过程对周围围岩不同程度地损伤等等。

为此，解决这各类问题且不影响掘进速度的前提下，提出一种无炸药快速破岩掘砌技术显得十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无炸药破岩方法、无炸药破岩掘砌方法与无炸药破岩设备。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

方案一、一种无炸药破岩方法，包括：

步骤一、在需要进行破碎的岩体上进行开孔；

步骤二、设置分裂机，并将分裂机的楔块组插入至步骤一的开孔内，然后利用楔块组在岩体的开孔上施加作用力将其撑开。

优选地，在所述步骤一之前还包括有预处理步骤：首先在需要进行破碎的岩体上选定开孔位置，开孔开设于岩体上多边对等相抗的位置上，然后确定岩体的自由面，分裂机的楔块组上进行分裂的楔块朝向自由面设置。

优选地，在所述预处理步骤中，在确定岩体的自由面后，根据自由面的数量选定分裂机上楔块组的类型，其中，楔块组上设置的分裂楔块数量与岩体的自由面数量相同。

优选地，在所述步骤二中，在楔块组插入至开孔之前，在分裂楔块的内侧斜面上涂抹润滑油。

优选地，在所述步骤一中，使用风镐进行钻孔，孔深不大于60cm；在开孔设置有多个时，开孔之间的间距不小于60cm。

方案二、一种无炸药破岩掘砌方法，包括有凿岩、出矸、扎筋、立模以及浇筑混凝土步骤，其中，所述凿岩采用如上述的无炸药破岩方法。

方案三、一种无炸药破岩设备，用于实现岩体的无炸药破裂，包括有设备主体，于所述设备主体上设置有中间动力装置，所述中间动力装置包括有液压缸，于所述液压缸的伸缩轴上设置有中间楔块，所述中间楔块可随所述伸缩轴做直线伸缩运动，于所述设备主体上铰接有分裂楔块，所述分裂楔块的一端为铰接端，所述分裂楔块通过所述铰接端与所述设备主体铰接，所述分裂楔块的数量设置有至少一个，全部的所述分裂楔块环绕所述中间楔块设置，所述分裂楔块的内侧面用于与所述中间楔块滑动接触，所述分裂楔块的内侧面为坡面结构，所述分裂楔块的铰接端的厚度低于所述分裂楔块的另一端的厚度。

优选地，于所述设备主体上设置有与所述液压缸的伸缩轴同轴设置的滑动杆，所述中间楔块与所述滑动杆滑动配合。

优选地，所述分裂楔块的数量设置为与待破碎岩石的自由面数量相同。

本发明提供了一种无炸药破岩设备，使用该无炸药破岩设备，本发明还提出了一套无炸药破岩方法以及一套无炸药破岩掘砌方法。在本发明中，该无炸药破岩方法改变了传统技术中使用火工品进行破岩的方式，其利用无炸药破岩设备实现岩体的无炸药破岩，能够解决火工品爆炸而引起的各类问题。本发明实现了无炸药化破岩操作，这样可以实现各项工序的机械化操作，其各工序衔接时间得到显著缩短，从而达到加快施工速度、优化施工安全环境、缩短建井时间的目的，本发明技术的成功实施将带来非常可观的经济效益。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明一实施例中无炸药破岩设备对岩体进行破裂工作前的示意简图；

图2为本发明一实施例中无炸药破岩设备对岩体进行破裂工作中的示意简图；

图3为本发明一实施例中无炸药破岩设备对岩体进行破裂工作后的示意简图；

附图标记说明：

设备主体1、中间楔块2、分裂楔块3。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参考图1至图3，其中，图1为本发明一实施例中无炸药破岩设备对岩体进行破裂工作前的示意简图；图2为本发明一实施例中无炸药破岩设备对岩体进行破裂工作中的示意简图；图3为本发明一实施例中无炸药破岩设备对岩体进行破裂工作后的示意简图。

本发明提供了一种无炸药破岩方法，该无炸药破岩方法包括如下步骤：

预处理步骤：首先在需要进行破碎的岩体上选定开孔位置，开孔开设于岩体上多边对等相抗的位置上，然后确定岩体的自由面，分裂机的楔块组上进行分裂的楔块朝向自由面设置；

步骤S1、在需要进行破碎的岩体上进行开孔；

步骤S2、设置分裂机，并将分裂机的楔块组插入至步骤S1的开孔内，然后利用楔块组在岩体的开孔上施加作用力将其撑开。

在预处理步骤中，在确定岩体的自由面后，根据自由面的数量选定分裂机上楔块组的类型，其中，楔块组上设置的分裂楔块数量与岩体的自由面数量相同。

在步骤S1中，使用风镐进行钻孔，孔深不大于60cm；在开孔设置有多个时，开孔之间的间距不小于60cm。考虑到破岩的效果，孔深度为50-60cm，开孔之间的间距为80-90cm时效果最理想。

在步骤S2中，在楔块组插入至开孔之前，在分裂楔块的内侧斜面上涂抹润滑油，涂抹润滑油的作用为降低分裂楔块与中间楔块之间相对滑动时的摩擦力。

本发明提供的无炸药破岩方法具体操作方法如下：

首先将岩体上的泥土清理干净，根据岩体的纹理，在岩体上使用风镐施工一组具有特定直径和深度的孔(根据分裂机上分裂枪的尺寸进行设定)，每组孔数量根据分裂枪的数量而定，孔之间的孔距在80cm～120cm左右，然后将液压分裂机的楔块组(楔块组为分裂枪的组成结构)插入孔中，楔块组包括有一个中间楔块和至少一个分裂楔块。中间楔块通过液压压力的作用在两个分裂楔块之间运动，中间楔块在移动过程中，由内向外释放能量，将岩体按预定方向裂开。

本发明所使用的液压分裂机有一个很重要的特性就是在分裂体上开设的分裂孔(即步骤S1中开设的孔)，其开设位置根据施工人员的经验在岩体上选取一个或者多个多边对等相抗的点，不能因为一边太薄而发生走漂，一旦分裂点两边对抗不平衡，则容易出现薄弱点崩裂的情况，这样分裂效果会明显降低。

上述的多边对等相抗具体指：在岩体分裂过程中，待破裂岩体对每一个分裂楔块施加的作用力基本相同。

另外分裂机在使用前，还要确定岩体的自由面，即岩体与空气接触的界面，在这个界面上的岩体，向外运动时不受阻力，分裂机才能发挥其效率。

本发明中，钻孔工艺如下：使用风镐进行钻孔，孔深不超过60cm，相邻孔之间的间距不小于60cm。钻孔时注意观察岩体密度或存在空洞，如果存在空洞则需要进行避让，保证孔两侧对抗平等。操作人员及钻孔设备做好安全措施，将分裂机的分裂枪插入至孔内，然后液压驱动分裂机，使岩体分裂。岩体分裂后，人工进行二次破碎并装运，使用岩体分裂机进行岩体分裂，待分裂完成后用破碎锤将大型岩体块破碎，并使用挖机挖装，用吊桶出矸。

立井混合作业方式：风井井筒施工采用混合作业的方式，减轻工人体力劳动强度，大幅度提高成井速度。基本循环过程如下：小挖掘机、B87C风镐和岩体分裂机掘进破岩和出矸，当出矸到一个段高后，在工作面矸石上立模并浇灌混凝土。当混凝土浇筑完后，即实施下一个段高净径向内500mm范围内的破岩出矸作业，待混凝土达到凝固时间后进行刷帮和临时支护。在浇筑混凝土的后期，也可以交叉进行一部分出矸工作。另外，工作面找平、脱模、立模等工序与出矸、清底与破岩准备工作可实现部分平行交叉作业。由于压气、供水、风筒等管路实行井壁吊挂，井内管路的接长也可安排与前期破岩工作平行进行。

本发明的目的在于提供一种无炸药破岩方法以及使用该破岩方法的无炸药快速破岩掘砌方法。

在本发明中，该无炸药破岩方法改变了传统技术中使用火工品进行破岩的方式，采用无炸药破岩，能够解决火工品爆炸而引起的各类问题。本发明实现了无炸药化破岩操作，这样可以实现各项工序的机械化操作，其各工序衔接时间得到显著缩短，从而达到加快施工速度、优化施工安全环境、缩短建井时间的目的，本发明技术的成功实施将带来非常可观的经济效益。

本发明提供的无炸药破岩掘砌方法具体包括：凿岩、出矸(矸石为混含在煤层中的石块，含少量可燃物，不易燃烧)、扎筋(即钢筋绑扎，就是用镀锌钢丝把钢筋绑扎在一起)、立模(构建浇筑模具)、浇筑混凝土等工序。

具体地，在凿岩工序中，其采用两台柴油挖掘机破碎锤装配风动破碎机进行分层凿岩。

凿岩按段进行，其中，段高在0～1.5m的掘进段中，先使用上述设备掘进净半径后开帮；段高在1.5m～3.7m的掘进段中，使用全断面掘进法进行掘进。全断面开挖法又称全断面掘进法，其是按巷(隧)道设计开挖断面一次开挖到位的施工方法。

具体地，在出矸工序中，出矸采用两台中心回转抓岩机进行装矸，主提升采用JKZ-3.5/17E绞车提升，副提升选用JKZ-2.8/15绞车提升，每台中心回转抓岩机各配一套单钩5.0m³吊桶进行提升。并采用挂钩式翻矸，使用10t自卸式汽车排矸。

具体地，在扎筋工序中，扎筋前先检查井筒掘进半径，掘进半径符合要求后再进行扎筋工作。扎筋对象包括有竖筋以及环筋，竖筋采用机械连接(即直螺纹接头)，环筋采用22#铁丝绑扎搭接。扎筋也是按段进行，上一段扎筋操作完成后，先清理上个段高预留的钢筋丝头，之后再安装套筒和竖筋，安装时需使用配套的扳手旋紧套筒。

具体地，在立模工序中，井壁砌筑采用MJY型整体金属模板，模板高3800mm、刃角高300mm、倾角为45°。模板需要进行擦油或涂脱模剂(涂油间隔不超过五个模板)处理。本发明采用整体下放模板方案，下放模板时，巷道内迎头的所有人员向井筒中心靠拢，用以避开模板。下放模板过程中需要专人指挥，通过点铃方式向地面集中控制操作室发出指令，由地面值班电工操纵四台模板悬吊稳车进行下模。

下放模板前，检查模板绳状况和模板受阻情况，下放过程做到平稳、慢速、同步。模板下放到底后，开动风动液压脱模机使大模板全圆张开达到设计周长(大模板上有限位装置)。

模板下放到底后，然后下放井筒中心线，以井筒中心线为测量基准进行模板半径测量，通过四根大模绳的升降调整模板的平面位置，使模板半径达到设计要求。

在模板下放和调整期间，井下指挥者和地面操作者要一直保持联系。地面和井下都要安排人一直观察模板悬吊绳的受力状况。找线调整模板绳时尽量做到只松不起或多松少起，或即起即松，特别要避免单独过度地起提某一根大模绳的操作。拉模板时，模板绳阻力大应立即停止，严禁强拉强拽，待查明原因处理后方可拉模板。拉模板时集控操作人员必须时刻关注电流大小，避免拉断模板绳。大模板找线完毕，还要检查底口是否有漏灰缝隙，如有缝隙及时用水泥袋子封堵并用浮矸埋好。

最后下模操作完成后，旋紧模板的限位顶丝，将高压油管和闭锁收拾整齐并收好。经验收合格后，方可进入下道工序的施工。

具体地，在浇筑混凝土工序中，将混凝土罐推至提升中心时必须留绳稳固，溜灰管下灰时，灰罐摆动方向不得有人。溜灰管浇筑混凝土时要分层对称浇筑，每层浇筑厚度不超过300mm。使用振动棒对混凝土浆料进行处理，振动棒振动范围为500mm。准备八台插入式振动棒，六台同时振捣，两台备用。振捣要充分而不过分，肉眼观察以混凝土面基本流平、灰浆均匀饱满，没有明显气泡逸出为准。如果混凝土入模速度快、量大，增加一到两台振动棒同时作业。混凝土入模和振捣工作要定人定岗，责任落实到人，保证井壁质量。混凝土浇筑完要清理伞型混凝土架及大模。

本发明的有益效果在于：

1、凿井实现无炸药化，矿井实现无火工品管理，为矿井的安全形势创造了条件；

2、各项工序实现机械化，大大减轻了工人的劳动强度；

3、矿井实现无炸药无火工品，减少了相关管理方面的投入；

4、各工序实现机械化，各工序转换衔接时间大大缩短，加快施工速度；

5、施工工艺简单，机械操作方便，现场安全环境好；

6、机械化程度高，有效缩短建井工期。

本发明还提供了一种无炸药破岩设备，即本发明无炸药破岩方法中使用的分裂机，用于实现岩体的无炸药破裂。

在本发明的一个实施方式中，该无炸药破岩设备包括有设备主体1和楔块组，设备主体1由不锈钢或者铸铁材料制成，其用于安装液压驱动系统以及构成本发明的其他元件，楔块组包括中间楔块和位于中间楔块周侧的至少一个分裂楔块3，例如：于设备主体1上设置有中间动力装置，中间动力装置包括有液压缸，于液压缸的伸缩轴上设置有中间楔块2，中间楔块2可随伸缩轴做直线伸缩运动，于设备主体1上铰接有分裂楔块3，分裂楔块3的一端为铰接端，分裂楔块3通过铰接端与设备主体1铰接，优选分裂楔块3的数量设置为与待破碎岩石的自由面数量相同，全部的分裂楔块3环绕中间楔块2设置，分裂楔块3的内侧面用于与中间楔块2滑动接触，分裂楔块3的内侧面为坡面结构，分裂楔块3的铰接端的设置厚度低于分裂楔块3的另一端的厚度。

基于上述结构设计，在中间楔块2进行直线滑动时，中间楔块2与分裂楔块3的内侧面接触，由于分裂楔块3的内侧面为坡面结构，所以可以通过中间楔块2逐渐将分裂楔块3推开，这样可以保证动力线性输出，避免分裂楔块3瞬时受力过大而出现损坏的情况。

在本发明的一个实施方式中，分裂楔块3可以由金属材料一体成型，例如采用铸铁通过铸造一体成型，也可以采用分体式结构设计，即包括有弧形结构设计的推板，在推板内侧面上设置有楔形块，中间楔块2通过楔形块推动推板向外扩张。

为了提高中间楔块2运动的稳定性，本发明于设备主体1上设置有与液压缸的伸缩轴同轴设置的滑动杆，中间楔块2与滑动杆滑动配合。中间楔块2在滑动杆上进行滑动，滑动杆不仅对中间楔块2的滑动具有导向作用，同时对中间楔块2还具有支撑稳定的作用，中间楔块2的上下伸缩运动推动分裂楔块3打开。

从而保证中间楔块2能够稳定地对分裂楔块3输出作用力。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无炸药破岩方法，其特征在于，包括：

步骤一、在需要进行破碎的岩体上进行开孔；

步骤二、设置分裂机，并将分裂机的楔块组插入至步骤一的开孔内，然后利用楔块组在岩体的开孔上施加作用力将其撑开。

2.根据权利要求1所述的无炸药破岩方法，其特征在于，

在所述步骤一之前还包括有预处理步骤：首先在需要进行破碎的岩体上选定开孔位置，开孔开设于岩体上多边对等相抗的位置上，然后确定岩体的自由面，分裂机的楔块组上进行分裂的楔块朝向自由面设置。

3.根据权利要求2所述的无炸药破岩方法，其特征在于，

在所述预处理步骤中，在确定岩体的自由面后，根据自由面的数量选定分裂机上楔块组的类型，其中，楔块组上设置的分裂楔块数量与岩体的自由面数量相同。

4.根据权利要求1至3任一项所述的无炸药破岩方法，其特征在于，

在所述步骤二中，在楔块组插入至开孔之前，在分裂楔块的内侧斜面上涂抹润滑油。

5.根据权利要求1所述的无炸药破岩方法，其特征在于，

在所述步骤一中，使用风镐进行钻孔，孔深不大于60cm；

在开孔设置有多个时，开孔之间的间距不小于60cm。

6.一种无炸药破岩掘砌方法，包括有凿岩、出矸、扎筋、立模以及浇筑混凝土步骤，其特征在于，

所述凿岩采用如权利要求1至5任一项所述的无炸药破岩方法。

7.一种无炸药破岩设备，用于实现岩体的无炸药破裂，其特征在于，

包括有设备主体(1)，于所述设备主体上设置有中间动力装置，所述中间动力装置包括有液压缸，于所述液压缸的伸缩轴上设置有中间楔块(2)，所述中间楔块可随所述伸缩轴做直线伸缩运动，于所述设备主体上铰接有分裂楔块(3)，所述分裂楔块的一端为铰接端，所述分裂楔块通过所述铰接端与所述设备主体铰接，所述分裂楔块设置有至少一个，全部的所述分裂楔块环绕所述中间楔块设置，所述分裂楔块的内侧面用于与所述中间楔块滑动接触，所述分裂楔块的内侧面为坡面结构，所述分裂楔块的铰接端的厚度低于所述分裂楔块的另一端的厚度。

8.根据权利要求7所述的无炸药破岩设备，其特征在于，于所述设备主体上设置有与所述液压缸的伸缩轴同轴设置的滑动杆，所述中间楔块与所述滑动杆滑动配合。

9.根据权利要求7或8所述的无炸药破岩设备，其特征在于，所述分裂楔块的数量设置为与待破碎岩石的自由面数量相同。