[发明专利]一种开采石料的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种开采石料的方法和装置，尤其是用于开采天然石料的无爆破采石方法以及该方法所使用的膨胀头元件，俗称裂石器。

背景技术

传统的开采大理石、花岗岩石料以及煤矿巷道的无震掘进等方法主要采用以下几种方式：

(1)使用风镐，潜孔钻或凿岩机在石料上打出需要的孔洞。在钻好的孔口部装上钢楔子，然后用锤子敲击。这种开采方法工人劳动强度大，生产效率低，有时需借助火药爆破同时作业，而且力只作用在孔口部，成材率低。

(2)使用液压劈裂机开采。其破岩原理与人工楔一样，首先将液压劈裂机的楔头部分插入岩石的孔口上，然后开动油泵，驱动液压劈裂机上的液压缸来给楔头施力，这种破岩方法存在着以下问题，楔头作用在岩石上的力只在孔口部，成材率低，而且该设备价格贵，使用寿命短。

(3)使用静力破碎剂开采，将配有水的静力破碎剂灌入预先钻好的岩石孔中，并用水泥或炮泥把孔封住。水与破碎剂发生反应产生膨胀力，该膨胀力把岩石胀裂。这种方法破岩的缺点是：使用费高，作用时间长，装破碎剂过程慢，且时有破碎剂喷出伤人的事故发生，破碎剂的保管条件也比较严格。

(4)利用高压水破岩：采用高压水泵、回转接头、回转电机和封孔装置等，封孔装置装在岩石孔口部，封住注入岩孔中的高压水，从而使高压水压力不断升高，利用与岩石孔直接接触的高压水使岩石破碎。

上述方法的不足是：设备造价昂贵，能耗大，噪音、灰尘等污染严重，而且设备不易搬动，无法在多山多石的自然环境或野外环境下使用。所说的打孔方式也存在诸多问题。如采用人工把持风镐钻孔，虽然费用低。操作简单，但所钻孔直径较小，耗时长且所钻的孔眼垂直度和同心圆度精度差；如采用机械化的潜孔钻(直径80mm-100mm)和凿岩机(直径30mm-60mm)钻孔，虽然速度快、精度高，但设备一次性采购成本是风镐的十几倍，移动不便，需要辅助设备较多，且钻孔尺寸范围较窄。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一在于，针对现有技术的不足，提供一种定向开采石料的方法和装置，该方法可对各种石料，混凝土材料或煤矿进行定向裂切。首先采用薄壁钻机在石料上钻孔，与薄壁钻机配套的钻头直径可从20mm-100mm进行多种选择，能够满足膨胀头元件(裂石器)对不同孔径的需求。另外，薄壁钻机本身重量轻，功率低，价格便宜，操作简单，钻孔精度高，速度快，适宜与膨胀头元件(裂石器)配套使用。将预先组装好的膨胀头元件(裂石器)放置在钻好的孔眼内，将工作介质源与膨胀头元件的工作介质入口接通。通过工作介质的压力扩大膨胀胶管的容积，向膨胀头元件衬套壳体，并通过壳体向孔眼壁传输定向作用力，该定向力均匀有效地作用在膨胀头元件周围孔壁上，使石料定向开裂。当石料中形成裂纹时，工作介质的压力减至零，此时受预加应力弹簧作用的膨胀头元件的所有可移动部分，以及与支撑嵌入物和壳体接合元件连接的弹性膨胀胶管均回复到初始状态。

上述膨胀头元件(裂石器)可在孔眼内向周围产生巨大的定向作用力，能有效地对周围坚硬物体造成定向开裂。

附图说明

图1是膨胀头元件(裂石器)现场使用示意图；

图2是膨胀头元件的外观示意图；

图3是膨胀头元件内膨胀胶管的工作示意图；

图4是膨胀头元件的结构示意图；

图5是图4中套头盖的局部示意图。

下面结合附图对本发明进行具体描述。

图1是膨胀头元件(裂石器)现场使用示意图。在石材103已钻好的孔眼内放置膨胀头元件102，采用手动液压泵101通过高压橡胶管104对膨胀头元件102传输能量。在手动液压泵101和高压胶管104之间设置能量分配器105，通过膨胀头释放定向力均匀有效地作用在石料孔眼的孔壁上，在开裂面106使石料定向开裂。

图2是膨胀头元件102的外观示意图，膨胀头壳体使用钢材制造，两个半环状的壳体201所起的作用是将内部的压力能量传递出来并改变力的方向。能量的积累和传递是由手动液压泵输送液体介质202通过高压橡胶管104流动转移到膨胀头元件的膨胀胶管20内。液体介质的压力扩大弹性室容积，借助膨胀胶管20的变形(参见图3)，向裂石器壳体的接合元件和支撑嵌入物传输定向作用力使石料定向开裂。