CN101726223B - 一种岩石定向断裂装置及方法 - Google Patents
一种岩石定向断裂装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101726223B CN101726223B CN2009102341137A CN200910234113A CN101726223B CN 101726223 B CN101726223 B CN 101726223B CN 2009102341137 A CN2009102341137 A CN 2009102341137A CN 200910234113 A CN200910234113 A CN 200910234113A CN 101726223 B CN101726223 B CN 101726223B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fracture
- marmem
- pressure transmission
- directional fracture
- rocks
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 229910001285 shape-memory alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 30
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000010676 Ocimum basilicum Nutrition 0.000 claims description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910004337 Ti-Ni Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910011209 Ti—Ni Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- KHYBPSFKEHXSLX-UHFFFAOYSA-N iminotitanium Chemical compound [Ti]=N KHYBPSFKEHXSLX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000006386 memory function Effects 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 3
- 240000007926 Ocimum gratissimum Species 0.000 claims 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 abstract description 13
- 238000005422 blasting Methods 0.000 abstract description 12
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 abstract 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 7
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 4
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 241001529734 Ocimum Species 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000003721 gunpowder Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)
Abstract
一种岩石定向断裂装置及方法，断裂装置由传压体、多块形状记忆合金体和间隔体构成。传压体内侧开有对称凹槽，外侧为弧形；形状记忆合金体横截面呈十字形，左右两端嵌合在传压体凹槽内，前后两端镶嵌硬质一字刃。将定向断裂装置放入钻孔内，将一字刃朝向预定的断裂方向，然后对形状记忆合金体加热，使其沿十字形方向伸展，并使受驱动的一字刃首先在孔壁上形成初始剪切破裂，随后与传压体的挤压力共同作用使裂纹扩展，引起岩石断裂。岩石断裂面规整，断裂效率高，重复使用率高，成本低，适用于石材开采，也可用于隧道、巷道、边坡等的***作业及其它预裂***和拆除***。
Description
技术领域
本发明涉及一种岩石定向静态***技术，尤其是一种适用于石材开采，井巷、隧道、边坡工程的岩石定向断裂装置及方法。
背景技术
定向断裂是石材开采，井巷、隧道、边坡工程，以及拆除***中应用广泛的岩石和混凝土类材料控制断裂技术。目前石材开采中最常采用装药控制***和无声***方法来实现定向断裂。
装药控制***中，一类是在炮孔孔壁沿纵向切V形槽，当柱状装药***后，产生的应力波首先在切槽尖端引起应力集中而使岩石开裂，尔后在爆生气体作用下，使裂缝沿切槽方向持续开裂，直到相邻炮孔贯穿。另一类是利用特殊药包，使其***后首先在孔壁的一定部位产生初始裂缝，然后在爆生气体作用下持续扩展，形成定向断裂面。***中如果药量控制不当，断裂效果较差，也容易引起石材内出现爆震裂缝导致损伤，影响成材率。而且***的运输、保管和使用对安全性要求高，需要随时防范早爆、迟爆、拒爆等***事故。
无声***主要包括高能燃烧剂和静态破碎剂两种方法。高能燃烧剂方法利用气体准静态膨胀和热应力破裂岩石，但用量过大时也会产生飞石，且对填塞质量要求较高，操作不便，尤其是燃烧剂点燃后往往有多余气体沿裂缝喷出造成喷孔。静态破碎剂方法利用破碎剂化学反应产生膨胀作用破裂岩石，但岩石开裂时间长，效率低，受气候影响明显。静态破碎剂还具有腐蚀性，需要一定的施工防护。此外，这两种方法的施工成本都较高。
因此，目前急需一种安全可靠，节省矿产资源，施工速度快，对环境及人员无害的裂石方法来满足要求。
发明内容
技术问题：本发明的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种结构简单，方法简便，安全可靠，成本低廉，效果好的岩石定向断裂装置及方法。
技术方案：一种岩石定向断裂装置，包括由两个弧形体构成的传压体、多块形状记忆合金体。传压体内侧开有对称凹槽，外侧为弧形；形状记忆合金体横截面呈十字形，左右两端嵌合在传压体凹槽内，前后两端镶嵌硬质一字刃。形状记忆合金体中心位置到一字刃的刃尖距离大于到传压体外缘半径的距离。
所述传压体的凸状凹槽内嵌合有将多块形状记忆合金体隔离的间隔体；所述的间隔体为金属块、塑料块、木块、橡胶块或陶瓷块；所述的形状记忆合金块为具有双程记忆功能的记忆钛镍合金、铁基或铜基记忆合金；所述的传压体和一字刃用硬质合金或硬质钢材制成；所述一字刃的最佳刃角为30°～45°。
本发明的岩石定向断裂方法：将定向断裂装置放入钻孔内，将一字刃朝向预定的断裂方向，然后对形状记忆合金体加热，使其沿十字形方向伸展，并使受驱动的一字刃首先在孔壁上形成初始剪切破裂，随后与传压体的挤压力共同作用使裂纹扩展，引起岩石断裂。
有益效果：利用定向断裂器实现岩石高效准确断裂，与目前采用的装药控制***和无声***方法相比，既达到了准确开裂石材的目的，同时又能保证成材率，其工艺简单、智能环保、岩石断裂面规整，裂石效果好，而且还可节约矿产资源、节省投资。石材成材率高，节省矿产资源；不使用任何化学材料，具有安全、无噪音、无震动、无硝烟，无污染、环境友好，对人员无害；膨胀力大，可裂开工程中常见的各类岩石和混凝土；裂石效率高，开裂时间短；可重复使用，成本低；结构简单，组装使用方便；不仅适用于石材开采，也可用于井巷、隧道、边坡***工程以及拆除***，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明定向断裂器的主视图。
图2为本发明定向断裂器的A-A剖面图。
图3为本发明定向断裂器的B-B剖面图。
图4为本发明的定向断裂器的孔内作用示意图。
图中：1-形状记忆合金体，2-传压体，3-一字刃，4-间隔体，5-孔壁：
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述：
图1、2、3所示，本发明的定向断裂装置由形状记忆合金体1、传压体2、一字刃3和间隔体4组成。传压体2由两个弧形体构成，弧形体内侧对称开有凸状凹槽， 形状记忆合金体1采用具有双程记忆功能的形状记忆合金体，如双程记忆钛镍合金，铁基以及铜基记忆合金，或是普通多孔形状记忆合金，将其在高温下加工成十字形断面，并在低温下沿十字形边施加压力使之压缩产生预变形，然后在形状记忆合金体1的四个分支上加工出纵向沟槽，通过沟槽，形状记忆合金体1左右两边嵌合在传压体2的凸状凹槽内，形状记忆合金体1前后两个对称十字形边端面上镶嵌有一字刃3，且从形状记忆合金体十字形中心算起，一字刃3尖端所在圆弧半径大于传压体外缘所在半径。一字刃3用高强合金钢制成，刃角为15°～60°，优选30°～45°。传压体2也采用高强合金钢制成，其外侧呈圆弧形，圆弧半径略大于钻孔半径。嵌合在传压体2中的形状记忆合金体1之间装有间隔体4，间隔体4为块状，嵌合在传压体2凸状凹槽的底部，间隔体4将形状记忆合金体两两隔开，使之沿断裂器长度方向间隔分布，间隔体4可采用金属块、塑料块、木块、橡胶块或陶瓷块等，可直接穿插在传压体2的沟槽内。必要时可将间隔体4部分或全部取出代之以形状记忆合金体1，以增加裂石能力。
图4所示，本发明的定向断裂方法：进行岩石断裂切割时，将由形状记忆合金体1、传压体2、间隔体4组成的定向断裂装置放入钻孔中，使形状记忆合金体1上的一字刃3朝向设计的断裂方向，然后向炮孔内吹入热风或放置电加热器给断裂装置中的形状记忆合金体1加热。当记忆合金体1受热升温超过其相变温度时，会在短时间内产生形状回复，即回到高温时的形状，沿钻孔径向伸展，带动一字刃3和传压体2向孔壁移动。由于一字刃3尖端所在圆弧半径大于传压体外缘所在半径，因此一字刃3首先在作用于孔壁并形成初始剪切破裂，随着破裂深度和宽度增加，一字刃3楔入裂缝，传压体2随后挤压作用于孔壁，对裂缝起撑裂作用。在一字刃3楔入和传压体2挤压共同作用下，孔壁裂缝沿径向继续延伸。在这种持续作用下，岩石沿一字刃3方向产生较长的定向裂缝，产生的楔入和挤压作用迅速传递给岩石，使岩石产生断裂破坏，从而实现岩石断裂切割。岩石切割完成后停止加热，则记忆合金体因温度下降回到低温形状，带动一字刃3和传压体2回缩，使断裂装置回到加热前的状态，取出断裂装置待下次重新安装使用。
在预裂***、光面***和石材开采中，可将多个断裂器分别放入起成型作用的一组钻孔中，并将一字刃3对准预定断裂方向后同时加热，以实现大范围岩石的断裂，并控制断面的成型轮廓。
Claims (7)
1.一种岩石定向断裂装置，其特征在于：它包括由两个弧形体构成的传压体(2)、多块形状记忆合金体(1)；传压体(2)的内侧开有对称凹槽，多块形状记忆合金体(1)的横截面呈十字形，多个形状记忆合金体(1)左右两端嵌合在传压体(2)的凹槽内，多个形状记忆合金体(1)前后两端镶嵌有硬质的一字刃(3)，多个形状记忆合金体(1)的中心位置到一字刃(3)的刃尖距离大于到传压体(2)外缘半径的距离。
2.如权利要求1所述的岩石定向断裂装置，其特征在于：所述传压体(2)的凹槽内嵌合有将多块形状记忆合金体(1)隔离的间隔体(4)。
3.如权利要求2所述的岩石定向断裂装置，其特征在于：所述的间隔体(4)为金属块、塑料块、木块、橡胶块或陶瓷块。
4.如权利要求1所述的岩石定向断裂装置，其特征在于：所述的形状记忆合金体(1)为具有双程记忆功能的记忆钛镍合金、铁基或铜基记忆合金。
5.如权利要求1所述的岩石定向断裂装置，其特征在于：所述的传压体(2)和一字刃(3)用硬质合金或硬质钢材制成。
6.如权利要求1或5所述的岩石定向断裂装置，其特征在于：所述一字刃(3)的最佳刃角为30°～45°。
7.一种采用如权利要求1所述装置的岩石定向断裂方法，其特征在于：将由形状记忆合金体(1)、传压体(2)、间隔体(4)组成的定向断裂装置放入钻孔内，使形状记忆合金体(1)上的一字刃(3)对准预定的断裂方向，然后对形状记忆合金体(1)加热使其变形伸展，驱动一字刃(3)在孔壁上形成初始剪切破裂，随后在一字刃(3)楔入和传压体(2)挤压扩孔共同作用下使钻孔裂纹扩展，引起岩石断裂。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009102341137A CN101726223B (zh) | 2009-10-12 | 2009-10-12 | 一种岩石定向断裂装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009102341137A CN101726223B (zh) | 2009-10-12 | 2009-10-12 | 一种岩石定向断裂装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101726223A CN101726223A (zh) | 2010-06-09 |
| CN101726223B true CN101726223B (zh) | 2013-11-20 |
Family
ID=42447471
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2009102341137A Expired - Fee Related CN101726223B (zh) | 2009-10-12 | 2009-10-12 | 一种岩石定向断裂装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101726223B (zh) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103061769B (zh) * | 2013-01-04 | 2014-11-19 | 刘建平 | 一种钻孔注胶式开采加工裂隙石料的方法 |
| CN103758532B (zh) * | 2014-01-28 | 2016-01-06 | 华南理工大学 | 一种地铁盾构隧道管片接头的短期主动加固方法 |
| US9649780B1 (en) | 2014-05-15 | 2017-05-16 | United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration | Shape memory alloy rock splitters (SMARS) |
| CN104191529B (zh) * | 2014-09-04 | 2015-12-23 | 天峨县宏昌农机专业合作社 | 液压式石材劈裂孔刨槽机 |
| US11143578B2 (en) | 2018-01-22 | 2021-10-12 | Saudi Arabian Oil Company | Determining in-situ rock stress |
| CN110644494B (zh) * | 2019-09-03 | 2021-02-26 | 中国建筑一局(集团)有限公司 | 一种大直径深基坑组合式***施工方法 |
| US11326448B2 (en) | 2019-12-04 | 2022-05-10 | Saudi Arabian Oil Company | Pressure testing systems for subterranean rock formations |
| US11542815B2 (en) | 2020-11-30 | 2023-01-03 | Saudi Arabian Oil Company | Determining effect of oxidative hydraulic fracturing |
| US11649702B2 (en) | 2020-12-03 | 2023-05-16 | Saudi Arabian Oil Company | Wellbore shaped perforation assembly |
| US11619127B1 (en) | 2021-12-06 | 2023-04-04 | Saudi Arabian Oil Company | Wellhead acoustic insulation to monitor hydraulic fracturing |
| CN115182744A (zh) * | 2022-06-22 | 2022-10-14 | 安阳工学院 | 一种岩石定向裂断装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4090447A (en) * | 1975-02-26 | 1978-05-23 | Johnsen Oscar A | Directional blasting tubes and method of use |
| EP0545799A1 (fr) * | 1991-12-06 | 1993-06-09 | AEROSPATIALE Société Nationale Industrielle | Dispositif de commande successive, par cordeau pyrotechnique |
| CN2315523Y (zh) * | 1997-02-03 | 1999-04-21 | 中国矿业大学北京研究生部 | 岩石定向断裂***控制装置 |
| CN2469406Y (zh) * | 2000-08-15 | 2002-01-02 | 姜有 | 岩石***定向破裂装药结构 |
| CN2929645Y (zh) * | 2006-06-27 | 2007-08-01 | 中国矿业大学 | 一种岩石定向断裂***装置 |
-
2009
- 2009-10-12 CN CN2009102341137A patent/CN101726223B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4090447A (en) * | 1975-02-26 | 1978-05-23 | Johnsen Oscar A | Directional blasting tubes and method of use |
| EP0545799A1 (fr) * | 1991-12-06 | 1993-06-09 | AEROSPATIALE Société Nationale Industrielle | Dispositif de commande successive, par cordeau pyrotechnique |
| CN2315523Y (zh) * | 1997-02-03 | 1999-04-21 | 中国矿业大学北京研究生部 | 岩石定向断裂***控制装置 |
| CN2469406Y (zh) * | 2000-08-15 | 2002-01-02 | 姜有 | 岩石***定向破裂装药结构 |
| CN2929645Y (zh) * | 2006-06-27 | 2007-08-01 | 中国矿业大学 | 一种岩石定向断裂***装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101726223A (zh) | 2010-06-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101726223B (zh) | 一种岩石定向断裂装置及方法 | |
| AU2018405437B2 (en) | Method and device for controlling top coal caving property by pulsed hydraulic fracturing | |
| KR102517885B1 (ko) | 기폭용 라이너를 이용한 발파공법 | |
| CN101718191B (zh) | 一种水力割缝定向致裂方法 | |
| CN102168543B (zh) | 一种通过***方式增加页岩气采收率的方法及装置 | |
| CN103499255A (zh) | 一种低损伤定向聚能护壁***方法 | |
| CN205135698U (zh) | 煤矿巷道移动式防岩爆安全气囊装置 | |
| CN102519328B (zh) | 采用水切割和切槽***技术的岩巷掘进方法 | |
| CN103821516A (zh) | 二次卸压防治冲击地压的方法 | |
| CN102777181B (zh) | 一种综放工作面提前回收顶煤的方法 | |
| CN110793403A (zh) | 一种新型高效二氧化碳相变致裂器 | |
| Zhang et al. | Study on “fracturing-sealing” integration technology based on high-energy gas fracturing in single seam with high gas and low air permeability | |
| CN105043177B (zh) | 一种岩块破碎的方法及装置 | |
| CN201521303U (zh) | 一种无声***胀裂器 | |
| CN100570272C (zh) | 工业***聚能线型切割器 | |
| CN107091090A (zh) | 一种矿用二氧化碳***装置 | |
| CN208476097U (zh) | 复合反射聚能与缓冲消能装置 | |
| CN112815785A (zh) | 一种二氧化碳致裂器及其发热材料与使用方法 | |
| CN210154440U (zh) | 防脱型气体***装置 | |
| KR102288676B1 (ko) | 복수개의 중앙공들과 복수개의 경사공들을 조합하여 배열된 패턴을 이용하는 터널 심발 발파 공법 | |
| CN201520012U (zh) | 一种形状记忆合金裂石器 | |
| CN205784917U (zh) | 一种致裂筒 | |
| CN200978656Y (zh) | 带延时调压机构的高效复合射孔装置 | |
| Li et al. | Analysis and numerical simulation for tunnelling through coal seam assisted by water jet | |
| CN216110671U (zh) | 一种物理激发式二氧化碳水热原位致裂*** |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131120 Termination date: 20161012 |