专利名称：利用水下岩石中大钻孔的破碎方法
技术领域：
本发明涉及一种利用水下岩石中的大钻孔通过悬挂在碎石船动臂式起重机上的落锤来产生破碎的破碎方法，特别是一种利用水下岩石中的大钻孔的破碎方法，其中多个大钻孔在水下岩石中是以预定间隔来打钻的，通过钻好的钻孔形成了多个自由表面，大的落锤给钻孔的自由表面一击，由于破碎钻孔的自由表面从而破碎效果得以提高。
背景技术：
在水下的桥结构的桥墩地基，用于特定目的的海上结构的建造，大型船只的航道开发，大型船只的泊位建设中，水底航道处的岩石将被清除，这样该处被整平，才能开始主要的建设。
通常，在岩石突起的清除作业中，要在岩石上进行打钻，并在钻孔中填充炸药。然后进行爆破作业。然而，当爆破失败后，或这些结构接近爆破现场，或爆破后产生巨石，以至于在此爆破作业不可能时，可以对岩石进行多次冲击使之破碎从而清除岩石的突起。
在传统的利用冲击的碎石作业中，具有动臂式起重机的碎石船移动到被破碎岩石的上方。船的锚被沉在远离船体预定距离的岩石上，碎石船停止移动。缠绕在鼓轮上的动臂式起重机的起重钢索下面悬挂的5～50吨重的落锤被提升到预定高度(破碎目标点上方15米)。落锤自由下落以破碎岩石。重复上述过程。
利用破碎落锤进行的破碎方法与爆破作业相比具有更小的噪音、更小的振动冲击波和更少分散的碎石。因此，该破碎方法被用在爆破作业困难的地方，如在浅海的条件下在接近目标岩石的地方存在重要的结构如输气管道、桥梁等，以及在已有爆破点爆破失败的地方。
然而，利用传统的破碎方法，由于被破碎的岩石是一个单一体，冲击能被分散到整个岩石部分，用重复的冲击(如超过7次)来破碎岩石很难。破碎速度非常低，最终导致经济效益低下的问题，需要大量的时间和投资。
此外，被破碎岩石的目标点由肉眼确定，不可能给目标点精确地冲击。这会导致低的冲击效应，并带来不经济的问题如建设速度和成本的增加。
另一方面，当在水下通道中通过已有技术的落锤来破碎钻孔岩石时，钻孔操作都是小于75毫米的钻孔，另外在钻孔周围形成的自由表面由于钻孔的尺寸具有有限的范围。不能产生比已有钻孔尺寸更大的自由表面。
因此，为了破碎岩石，目标的落锤冲击需要大于7次，这意味着水下的岩石破碎工作不容易。在建设期间会发生效率低下的问题并且破碎岩石的成本将增加。
发明内容
为了解决水下岩石已有岩石破碎方法效率低下的问题，即利用悬挂在碎石船动臂式起重机下面的落锤进行破碎的方法，本申请人发明了下面的方法。在这种方法中，大钻孔被钻在水下岩石上以破碎岩石。本方法使用同一个申请人申请的发明。该发明涉及在水下岩石中使用具有差分全球定位系统接收器的钻机及使用钻机的钻孔方法。
本发明的一个目的是提供一种利用水下岩石上的大钻孔的破碎方法，其中在岩石上钻有多个具有预定间隔的大钻孔，在落锤工作前保留有自由表面。大的落锤给自由表面一击，在被破碎钻孔的自由表面之间产生张拉裂缝。增强了破碎效果。
本发明的另一个目的是提供一种利用水下岩石上的大钻孔的破碎方法，其中本发明把用于精确定位的卫星导航技术(也就是差分全球定位系统)引入到水下岩石的破碎作业中。被破碎岩石的目标点被精确定位并给予冲击，从而使得冲击能的效率最高。
为了实现这些和那些目的，本发明的特征在于；利用水下岩石中的大钻孔的破碎方法，其中设置有动臂式起重机的碎石船移动到被破碎岩石的上方，碎石船通过把锚沉在远离船体预定距离的水下岩石上而停止，缠绕在鼓轮上的动臂式起重机的起重钢索下面悬挂的落锤被提升到预定的高度，落锤自由下落以给被破碎岩石一击，破碎方法包含下面的过程多个大钻孔排列在被破碎岩石上，每个的直径尺寸为100～300毫米，钻孔深度为1～10米，在落锤工作前保留有自由表面；相邻大钻孔之间的中间点被设为破碎的目标点；落锤被提升到垂直于被破碎的目标点上方的位置并自由下落给被破碎岩石一击；重复上面的过程。
另外，它的另一个特征在于首先以预定的间隔钻大钻孔；被破碎岩石的表层通过落锤的操作在预定的深度被破碎；停止破碎，在第一次钻的大钻孔之间进行第二次或更多次的钻孔作业；确保对应于大钻孔的多个自由表面；提供了针对深层的落锤操作。
另外，它的另一个特征在于在垂直提升落锤的动臂式起重机动臂的预定点上安装有差分全球定位系统(DGPS)接收器，DGPS接收器从多个卫星和参考站收集位置信息；利用DGPS接收器精确定位被破碎的目标点；落锤移动到垂直于被破碎目标点上方的位置，被提升，然后自由下落以给被破碎岩石一击。
根据本发明的特征，多个大钻孔在被破碎岩石周围形成多个自由表面，通过落锤的冲击在钻孔之间形成微裂纹。在上述的已有自由表面上建立另外的自由表面，进行冲击得到第二次破碎。根据本发明岩石可能被破碎3～5次，而在已有技术中，相同的岩石要被破碎超过7次。
因此，根据本发明，石头破碎的工作速度非常快，总体上带来了显著的效果——建设能力和经济效益。
本发明上述的和其它的目的、特征以及其它优点通过接下来的详细描述并结合附图可以更加清晰的理解，其中附图图1是一幅侧视图，表明防护性的碎石船移向将被破碎的岩石位置，然后被锚定；图2是根据本发明用于水下岩石的防护性破碎方法，具有大钻孔的岩石横截面；图3是根据本发明在第一步和第二步进行钻孔的实施例；图4是一幅平面图，表明了根据本发明的大钻孔的布置；和图5示例了根据本发明通过落锤的一击在岩石中形成的破碎状态。
具体实施例方式
参考附图，其中在不同的附图中自始至终都用相同的参考数字指代相同的或相似的部分。
图1是一幅侧视图，表明防护性的碎石船移向将被破碎的岩石位置，然后被锚定；图2是根据本发明用于水下岩石的防护性破碎方法，具有大钻孔的岩石横截面；图3是根据本发明在第一步和第二步进行钻孔的实施例；图4是一幅平面图，表明了根据本发明的大钻孔的布置；和图5示例了根据本发明通过落锤的一击在岩石中形成的破碎状态。
如图所示，防护性的破碎方法要提前进行钻孔作业。提供在驳船中心的用于大钻孔的钻机——由本申请人发明——以预定的距离并以多批在被破碎岩石上钻直径为100～300毫米，优选为105毫米并深1～10米的大钻孔。
在已有技术中，由于外力如波浪的影响，驳船必须在倾斜的和偏离的位置进行钻孔，所以只能钻小于75毫米的钻孔。然而，根据已由本申请人申请的钻机及其方法，钻机被设置在驳船内部，它可以进行钻孔作业而不受外力影响。它可能开凿100～300毫米的大钻孔。因此，如果开凿大钻孔，该钻孔可以得到比相对增加传统钻孔数量更多的自由表面。从而使得岩石的破碎更容易。
因此，钻孔位置的自由表面是由钻孔内部的自由表面和钻孔上部的自由表面形成的。自由表面的尺寸很大程度上依赖于钻孔的尺寸。本发明具有的钻孔尺寸为100～300毫米，它得到更大的自由表面，然后进行冲击工作，这样很容易完成水下岩石破碎。
如图2和4所示的大钻孔的排列间隔，如果被破碎的岩石是硬岩，大钻孔31的排列密度是30～100厘米，如果被破碎岩石是软岩，大钻孔所需的排列间隔为100～180厘米，相对于硬岩它要长一些。
当岩石的破碎效果以低的冲击频率增加时，落锤落在钻孔之间的区域，需要顾及大钻孔带来的自由表面的扩大、水下岩石的硬度、冲击岩石的落锤的下部宽度(55～118厘米)等。
当间隔在硬岩的情况下被设定为小于30厘米或在软岩情况下小于100厘米时，为形成裂纹在同一位置的冲击次数减小，但是相对于被破碎的岩石的整体，频率必须增加，这会导致破碎速度的降低。而当间隔在硬岩的情况下被设定为大于100厘米或在软岩情况下大于180厘米时，由于裂纹很难形成，为了形成裂纹，在同一位置的冲击次数必须增加，会产生破碎效率的问题。
当钻孔作业以预定的间隔完成时，如图1所示，提供有动臂式起重机10的碎石船20移动到将被破碎的具有大钻孔31的岩石30上方。通过把锚沉在远离船体预定距离的水下岩石上，碎石船20停止。
动臂式起重机10是一个具有从碎石船20的铰接点倾斜伸出动臂14的起重机。它可以在铰接点处旋转。动臂的倾斜角度为50～65°，破碎工作将在这个角度范围内进行。起重钢索11的一端缠绕在一个安装在发动机室内的起重鼓轮(未示出)上。起重钢索11的另一端延伸到动臂顶端并与一个悬挂的落锤12连接。此外，在垂直提升落锤的动臂式起重机的动臂14顶端安装了一个差分全球定位系统(DGPS)接收器13。DGPS接收器可以从多个卫星和参考站收集位置信息。
碎石船停止，相邻大钻孔之间的中间点被设为破碎目标点。利用安装在动臂式起重机10动臂14顶端的DGPS接收器13可以精确定位破碎目标点。动臂式起重机10的动臂14移动到目标点上方并且落锤提升在垂直于破碎目标点上方的位置。
利用DGPS接收器13，也就是DGPS(差分全球定位系统)位置探测装置，水下岩石的目标点是已知的。DGPS是一个位置探测装置，它可以从卫星接收卫星信号，从安装在陆地上位置已知的DGPS参考站接收补偿信号。即使在开阔的海洋，船只的位置也可以被精确地探测到。DGPS是一种轻量级的装置，它包含一个接收卫星信号的天线，一个从卫星信号中提取所需信息的RF(无线电频率)单元，一个处理所需信号的计算单元和一个用户界面单元。
该装置是一个模块化的GPS系统，它可以测量远离GPS卫星和参考站的位置。它可以24小时连续操作。精确度极高(误差范围2厘米)的位置信息可以通过观测方法实时动态的以快速初始化和低能耗的形式获得。众所周知的传统技术转向了本发明的DGPS，因此这里不需要进一步描述了。
利用上述过程，落锤12移动到中间点上方，也就是大钻孔13之间的破碎目标点‘A’。安装在发动机室的鼓轮运转以卷动起重钢索11。落锤12从破碎目标点‘A’被提升约15米。起重钢索11被卷紧使落锤12保持在一个稳定的位置。
接着，缠绕在起重滚轮上的起重钢索11被释放。落锤通过自重自由下落。落锤12给岩石30的破碎目标点‘A’一击，开始岩石的破碎工作。
本发明是一种落锤悬挂、停止并自由下落到破碎目标点‘A’的方法。目标点的冲击进行3～5次。落锤12移动到下一个目标点。上述的冲击工作重复进行以破碎岩石区域。
如图5所示，在被破碎的岩石上设置有多个预定间隔的大钻孔并在岩石周围建立了多个自由表面。由于大的落锤的冲击在设置的大钻孔之间形成微裂纹。破碎工作利用大钻孔31形成的自由表面，对水下岩石进行有效的破碎。此外，破碎岩石的岩屑被放入铲斗，这样海床被整平。
同时，大钻孔31以预定的间隔进行打钻，如图3所示。通过落锤的冲击在岩石30表层的合适深度产生破碎。停止破碎工作，在第一次钻的大钻孔31之间进行第二次或更多次钻孔作业。由于大钻孔，确保了多个自由表面，岩石深层的落锤操作一步一步地进行。
如上所述，由于一系列的大钻孔作业在一个步骤中进行，大钻孔的深度很深并确保了多个自由表面，提高了破碎作业的效率。
根据利用水下岩石中大钻孔的破碎方法，在岩石中以预定的间距钻多个大钻孔，在落锤工作之前保留自由表面。大的落锤给自由表面一击，在破碎钻孔的自由表面之间产生张拉裂缝。这增强了破碎效果。
另外，本发明把用于精确定位的卫星导航技术(也就是差分全球定位系统)引入到水下岩石的破碎作业中。被破碎岩石的目标点被精确定位并给予冲击，从而使得冲击能的效果最大。
因此，根据本发明，那些位于难以爆破的区域的水下岩石可以被有效地破碎。破碎工作的速度可被增加以减少工期。水下岩石被破碎并减小了成本。
权利要求
1.利用水下岩石中的大钻孔的破碎方法，其中设置有动臂式起重机的碎石船移动到被破碎岩石的上方，碎石船通过把锚沉在远离船体预定距离的水下岩石上而停止，缠绕在鼓轮上的动臂式起重机的起重钢索下面悬挂的落锤被提升到预定的高度，落锤自由下落给以被破碎岩石一击，破碎方法包含下面的过程多个大钻孔排列在被破碎岩石上，每个的直径尺寸为100～300毫米，钻孔深度为1～10米，在落锤工作前保留有自由表面；相邻大钻孔之间的中间点被设为破碎的目标点；落锤被提升到垂直于被破碎的目标点上方的位置并自由下落以给被破碎岩石一击；和重复上面的过程。
2.根据权利要求1的利用水下岩石中的大钻孔的破碎方法，其中当被破碎的岩石为硬岩时，大钻孔之间的距离为30～100厘米。
3.根据权利要求1的利用水下岩石中的大钻孔的破碎方法，其中当被破碎的岩石为软岩时，大钻孔之间的距离为100～180厘米。
4.根据权利要求1的利用水下岩石中的大钻孔的破碎方法，其中首先以预定的间隔钻大钻孔；被破碎岩石的表层通过落锤的操作在预定的深度被破碎；停止破碎，在第一次钻的大钻孔之间进行第二次或更多次的钻孔作业；确保对应于大钻孔的多个自由表面；和提供了针对深层的落锤操作。
5.根据权利要求1的利用水下岩石中的大钻孔的破碎方法，其中在垂直提升落锤的动臂式起重机动臂的预定点上安装有差分全球定位系统(DGPS)接收器，DGPS接收器从多个卫星和参考站收集位置信息；和利用DGPS接收器精确定位被破碎的目标点；落锤移动到垂直于被破碎目标点上方的位置，被提升，然后自由下落给被破碎岩石一击。
全文摘要
本发明涉及到一种利用水下岩石中大钻孔的破碎方法，其中多个大钻孔在水下岩石中是以预定间隔来打钻的，钻孔形成了多个自由表面，大的落锤给钻孔的自由表面一击，从而增强了破碎效果。破碎方法包含下面的过程多个排列在被破碎岩石上的大钻孔，每个的直径尺寸为100～300毫米，钻孔深度为1～10米，在落锤工作前保留有自由表面；相邻大钻孔之间的中间点被设为破碎的目标点；落锤被提升到垂直于被破碎的目标点上方的位置并自由下落给被破碎岩石一击；并重复上面的过程。
文档编号E21B7/12GK1664248SQ20041005647
公开日2005年9月7日 申请日期2004年8月9日 优先权日2004年3月5日
发明者白仁淑, 金钟设, 姜大雨 申请人:白仁淑, 金钟设, 姜大雨