[发明专利]一种液压胀裂装置及其定向劈胀致裂方法

说明书

本发明提供了一种液压胀裂装置及其定向劈胀致裂方法，涉及液压静态破岩技术领域，适用于采掘和基建工程中对矿层、岩石、砼体的致裂和解小，该装置包括胀裂棒和液压驱控单元，胀裂棒包括扁芯胶管、弹性管套和内压切刀，使用时置入钻孔内，注入高压液体，可产生径向膨胀和孔内压切双重作用实现定向致裂；液压驱控单元以压力自适应的方式定量地压注和回收压力液，可避免胀裂棒因过度膨胀而受损。本发明公开的定量压注、扁管膨胀、孔内压切的胀裂方法，可提高胀裂效果，延长设备寿命，既安全又环保。

技术领域

本发明涉及采掘和基建石方工程中的液压静态破岩技术领域，尤其涉及一种液压胀裂装置及其定向劈胀致裂方法。

背景技术

在采矿和基建石方工程的作业中，工人经常要对岩体或大块岩石、混凝土进行分裂。目前，除了炸药爆破、机械劈凿切割和化学膨胀剂胀裂等传统技术手段之外，近年来还出现了一类液压静态破岩技术，即在钻孔内置入胀裂装置，用液压设备产生的压力能驱动，推压钻孔内壁使其径向扩张，从而产生裂隙并扩大，使岩石或砼体裂开或破碎。

上述液压静态破岩的方法，充分利用了岩石或混凝土等脆性材料抗压强度大，抗拉强度小，其抗拉强度远小于抗压强度的特性，具有作业安全、节省人力、用能效率高，无污染物排放等优点，但仍存在一些缺陷或不足，比如：已被广泛使用的液压劈裂机或液压分裂机，它们采用了液压缸推动钢制滑动套楔或柱塞的方式，这类作业工具上的油缸、活塞与胀裂机构是一体安装的，操作部分自身重量很大，可达几十甚至上百千克，使用时很费力。

在已公开的数项发明或发明中，如：发明人黄义干在申请公布号CN 101871752A的《液压静态爆破膨胀管》中，发明人纪新刚在申请公布号为CN 105437377A的《一种液力裂切装置及方法》和授权公告号为CN 206803861U的《一种膨胀器以及爆破系统》中，均提出了可置入钻孔中的可弹性膨胀密封管囊装置及相应的液压增压方案，此类胀裂技术可行有效，特别是明显减小了作业装置的体积和重量，使之轻巧易用，但仍有一些可改进完善不足如：该类装置在承压膨胀时，压力能向钻孔四周各向均等释放，应力不集中，裂缝出现方向随机，断裂面不整齐，且用能效率不高；再者，该类装置或方案缺少有效的保护机制，尤其是当钻孔穿过的岩层有明显裂隙或夹有软质层时，膨胀管会在约束力小的地方局部优先膨胀，出现鼓包甚至破裂；此外，该类装置或方案缺少有效的压力控制机制，在胀裂过程中，当岩石已经开裂松动，进入扩张裂缝宽度的推石阶段，仍按原来的压力和流量注入压力液，就极易造成装置过度膨胀，从而降低寿命甚至直接失效,因此本发明提出一种液压胀裂装置及其定向劈胀致裂方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种液压胀裂装置及其定向劈胀致裂方法，采用的扁芯胶管具有定向形变膨胀的特点，且在管腔扁平时有比变圆后更高的耐压上限，充分适应了岩石胀裂未开裂时抗力大，已开裂后的分离阶段抗力小的应力特性，比圆芯胀管更合理；钢制弹性管套，既能保护内部的胶管，又使其能承受比其承压上限超过其本身的爆破压力，从而可提供更强的胀裂力；同时具有径向膨胀和孔内压切双重致裂机制，且胀、切作用相互促进，使得均匀分布在各个方向上的压力能都得到充分利用，比单纯胀裂所需压力更低，开裂方向更可控，裂面更规整。

为了解决上述的问题，本发明提出一种液压胀裂装置，包括胀裂棒和液压驱控单元，所述胀裂棒包括扁芯胶管、弹性管套和内压切刀，所述扁芯胶管两端压接有高压管接头，所述弹性管套为管壁有纵向割缝的弹簧钢管，所述扁芯胶管置于所述弹性管套内，所述弹性管套靠其自身弹性将所述扁芯胶管及高压管接头的套筒部分箍紧，所述内压切刀为长条形，且所述内压切刀置于所述扁芯胶管两侧，在所述扁芯胶管膨胀时，所述内压切刀刀背将其受到的挤压力集中到刃部压切钻孔内壁，切出导裂槽缝辅助致裂；