[发明专利]大孔径静破剂定向破岩及防喷孔一体化装置及其施工方法

说明书

大孔径静破剂定向破岩及防喷孔一体化装置及其施工方法，包括套筒、下封堵头、上封堵头和注水管，下封堵头固定设置在套筒内的下部，套筒的筒壁自上而下沿轴向方向开设有两道定向破裂缝，两道定向破裂缝关于套筒的中心线对称设置，上封堵头同轴线装配在套筒的上端口内，套筒内部在上封堵头和下封堵头之间形成静态破碎剂充填腔，上封堵头沿中心线方向开设有上下通透的导孔，注水管插设在导孔内，注水管下端伸入到静态破碎剂充填腔内。本发明结构简单、便于制作和安装、可反复多次使用，施工成本低，能实现静破剂的高效破岩、定向致裂破岩及喷孔防治等的功能，有效地解除了孔径和施工环境温度对静破剂破岩效果的制约。

技术领域

本发明属于土木工程施工技术领域，具体涉及一种大孔径静破剂定向破岩及防喷孔一体化装置及其施工方法。

背景技术

静态破碎剂简称静破剂，属于化学物理破岩方法。该破碎法是在被破碎体（岩石或混凝土）上钻孔，将静态破碎剂浆体填入孔中；随着水化反应的进行，膨胀与硬化同时发生，产生膨胀压力，从而实现被破碎体的开裂和破碎。静态破碎法具有无震动、无噪声、无飞石、无粉尘和无污染的优势，适用于城镇、厂房改扩建、建筑物拆除、花岗岩、大理石等贵重石材的开采和其它特殊场合的破碎施工。

研究表明，水温越高，钻孔的直径越大，破碎剂所产生的膨胀压力越大，破碎时间大大减小，破碎效率高，但同时也会带来喷孔的缺陷。喷孔是指充填于钻孔中的破碎剂浆体在水化初期突然从孔口喷出的现象。这是由于静态破碎剂水化初期放出大量热，使得浆体温度升高。当温度升高到水的沸点时，浆体中多余的还没有水化的拌合水就会迅速气化，生成大量蒸汽，这些蒸汽来不及散失，在浆体内部积聚，产生压力；在压力的作用下，浆体被喷出来。大孔径（孔径超过50 m）的钻孔的表面积对充填破碎剂浆体的体积比较小，水化反应产生的热量容易在浆体中积聚，这些热量反过来又促进水化反应，使温度急剧上升，浆体中多余的和未水化的水迅速气化沸腾，发生喷出现象。

为了摆脱喷孔现象对大直径静破剂破碎效果的制约，同时使得裂缝扩展的方向能够实现人为的管控，需要研制出一种适用于大孔径施工，提高注水温度且同时能够抑制喷孔的定向致裂破岩装置。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种原理科学、设计新颖、便于操作、定向爆破效率高、效果好的大孔径静破剂定向破岩及防喷孔一体化装置及其施工方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：大孔径静破剂定向破岩及防喷孔一体化装置，包括套筒、下封堵头、上封堵头和注水管，套筒沿竖向方向设置，下封堵头和上封堵头均为圆柱体结构，下封堵头固定设置在套筒内的下部，套筒的筒壁自上而下沿轴向方向开设有两道定向破裂缝，两道定向破裂缝关于套筒的中心线对称设置，定向破裂缝的下端与下封堵头上侧面齐平，上封堵头同轴线装配在套筒的上端口内，套筒内部在上封堵头和下封堵头之间形成静态破碎剂充填腔，上封堵头沿中心线方向开设有上下通透的导孔，注水管插设在导孔内，注水管下端伸入到静态破碎剂充填腔内，注水管下端在静态破碎剂充填腔内的部分为花管结构。

上封堵头外圆上中心对称设置有两个限位柱，限位柱的直径小于定向破裂缝的宽度，套筒的筒壁上部中心对称开设有两个限位槽，限位槽与定向破裂缝连通，上封堵头由套筒上端口自上而下装配到套筒内，两个限位柱对应沿定向破裂缝向下移动，限位柱向下移动到限位槽位置时，转动上封堵头，两个限位柱对应卡接到限位槽内使上封堵头轴向定位。

注水管上在上封堵头上方设置有限位环，限位环的直径大于导孔的直径。

套筒上部外圆设置有一段外螺纹结构，外螺纹结构的外径大于套筒外圆直径1-10mm。

上封堵头外圆设置有与套筒内壁配合的外密封圈，注水管外圆设置有与导孔的孔壁配合的内密封圈。

大孔径静破剂定向破岩及防喷孔一体化装置的施工方法，包括以下步骤，