一种热膨胀裂石剂用钻孔层岩缺陷补偿方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热膨胀裂石剂用钻孔层岩缺陷补偿方法，属于材料科学与工程技术交叉领域。
【背景技术】
[0002]随着科技发展与社会进步，资源节约、安全生产、高效施工理念逐渐被行业人士所重视。静态裂石剂利用水化产生的膨胀压力进行裂石，因具有无声、可控、无碎肩、经济成本低、使用简单、施工和运输安全、保护资源和环境等优点，被广泛用于石料切割、岩石破碎、混凝土基础拆除等，在国民经济建设中发挥着重要作用。热膨胀裂石剂是裂石剂产品的一个新品种，通过化学反应释放出较多热量，热量释放产生的高温可以加热和破坏周围介质，产生的部分气体由于高温热膨胀作用而对周围介质做功。由于产生气体量少，仅仅能够形成极弱的膨胀压力且压力衰减很快，只能够在几米的近距离内有效做功。热膨胀裂石剂发热量大，做功范围小，可以在很多领域进行应用，例如其作用效果远不及工程爆破，但作用效果远好于裂石剂，尤其适用于岩石、混凝土、桥墩、楼房等的快速安全开裂。
[0003]由于现有裂石剂品种多为静态裂石剂，在工程应用中不存在热膨胀气体做功情形，且灌装裂石剂过程中，钻孔缺陷随之被裂石剂流体填充，对钻孔气密性要求不高。然而，热膨胀裂石剂使用时先在岩石上进行钻孔，钻孔后将裂石剂颗粒在钻孔中进行装药后进行裂石。由于热膨胀裂石剂依靠热膨胀介质高温热膨胀以及部分气体高温热膨胀作用而对周围介质做功，因此，热膨胀裂石剂裂石成功的关键在于钻孔的密封性。钻孔密封性不好会导致热膨胀气体提前泄露，从而难以形成做功，造成裂石失败的同时，还会损失大量的热膨胀裂石剂，因此，存在缺陷、气密性比较差的钻孔往往在实际应用中被放弃使用，这造成了大量的无效钻孔作业，尤其是在岩层厚度较小且存在岩层间隙的层岩密集区，深度较大的钻孔往往存在大量的层岩漏气缺陷，这些存在漏气缺陷的钻孔如何处理，至今仍然处于技术空白状态。
[0004]虽然在隧道开挖等工程领域存在很多用水泥浆料堵塞缝隙的办法，但由于水泥浆料含水量比较大，流动性差，同时在钻孔狭小空间内不易操作，不易干燥，安全隐患大，造成无法适用于热膨胀裂石剂的钻孔缺陷补偿。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为解决热膨胀裂石剂在使用过程中因钻孔穿过间隙层岩而造成钻孔层岩缺陷，最终导致钻孔被弃用的问题，提供的一种热膨胀裂石剂用钻孔层岩缺陷补偿方法。
[0006]本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0007]一种热膨胀裂石剂用钻孔层岩缺陷补偿方法，具体步骤如下:
[0008]步骤一、确定存在层岩间隙缺陷的钻孔，根据岩石钻孔大小，计算并选取合适直径和长度的牛皮纸筒以及合适直径的金属漏斗；
[0009]步骤二、将步骤一所选的牛皮纸筒完全置于钻孔内，调整纸筒使纸筒处于钻孔的中心位置，将步骤一所选的金属漏斗置于钻孔口处，使金属漏斗中心与钻孔中心重合；
[0010]步骤三、根据钻孔及牛皮纸筒直径，选取粒径20?100目的细流沙，在金属漏斗的引导下，用细流沙将牛皮纸筒与钻孔壁的间隙填满；
[0011]所述合适直径和长度的牛皮纸筒直径和长度有严格的计算方法，具体为:钻孔直径为D，深度为H，则牛皮纸筒直径d的计算公式为d = (0.8860?0.9428) D，牛皮纸筒长度h计算公式为h = H+ (5?20) cm ；
[0012]所述合适直径的金属漏斗直径(Ici的计算公式为(Itl= D+(I?3)cm ;
[0013]所述细流沙使用之前经特殊处理，具体方法为:每立方米细流沙添加(0.05?1.0)kg聚娃氧烧、(0.01?0.30)kg白油、(0.005?0.10)kg 二羧酸醋后，搅拌均勾，密封待用；
[0014]有益效果
[0015]1、本发明的一种热膨胀裂石剂用钻孔层岩缺陷补偿方法，操作简单，安全方便，适用于热膨胀裂石剂用钻孔层岩间隙缺陷补偿，能够实现热膨胀裂石剂在有间隙缺陷的层岩钻孔中安全有效使用；
[0016]2、本发明的一种热膨胀裂石剂用钻孔层岩缺陷补偿方法，所发明的纸筒-流沙复合补偿系统结构简单，巧妙利用了流沙的流动性实现热膨胀裂石剂气体膨胀初期封堵层岩间隙，同时流沙的自压缩效应实现了热膨胀裂石剂的膨胀缓冲，将远程做功有效转化为近程做功，实现在有效的做功时间内对热膨胀裂石剂膨胀能量的有效聚集，同时避免了热膨胀气体快速泄露所带来的做功损失，结构设计科学合理，裂石效果好；
[0017]3、本发明的一种热膨胀裂石剂用钻孔层岩缺陷补偿方法，使用过程过程无“三废”排放，不消耗电力等能源，对人体和环境无危害，清洁环保无污染，装置制造所需原料来源广，经济成本低。
【具体实施方式】
[0018]下面结合实施例对本发明的内容作进一步描述。
[0019]实施例1
[0020]所选取热膨胀裂石剂用岩石钻孔直径为76mm，深度为150cm，存在层岩间隙缺陷，根据牛皮纸筒直径计算公式d = (0.8860?0.9428) D，牛皮纸筒长度h计算公式h =H+(5?20) cm，选取直径为67.55mm、长度为162cm的牛皮纸筒，并选取直径为88mm的金属漏斗；将牛皮纸筒完全置于钻孔内，调整纸筒使纸筒处于钻孔的中心位置，将金属漏斗置于钻孔口处，使金属漏斗中心与钻孔中心重合；选取粒径为80目的细流沙，在金属漏斗的引导下，填充于牛皮纸筒与钻孔壁的间隙位置，一边填充一边用铁棒对细流沙轻轻进行搅拌，直至填满后，将铁棒插入细流沙中轻轻搅动后拔出，在不同位置反复操作20次，细流沙没有下沉，说明装填密封性良好，层岩间隙缺陷补偿结束，取掉金属漏斗，向牛皮纸筒内填装热膨胀裂石剂，进行裂石试验，裂石效果良好。
[0021]实施例2
[0022]所选取热膨胀裂石剂用岩石钻孔直径为158mm，深度为3.5m，存在层岩间隙缺陷，根据牛皮纸筒直径计算公式d = (0.8860?0.9428) D，牛皮纸筒长度h计算公式h =H+ (5?20) cm，选取直径为139.99mm、长度为3.68cm的牛皮纸筒，并选取直径为178mm的金属漏斗；将牛皮纸筒完全置于钻孔内，调整纸筒使纸筒处于钻孔的中心位置，将金属漏斗置于钻孔口处，使金属漏斗中心与钻孔中心重合；选取粒径为20目的细流沙，在金属漏斗的引导下，填充于牛皮纸筒与钻孔壁的间隙位置，一边填充一边用铁棒对细流沙轻轻进行搅拌，直至填满后，将铁棒插入细流沙中轻轻搅动后拔出，在不同位置反复操作25次，细流沙没有下沉，说明装填密封性良好，层岩间隙缺陷补偿结束，取掉金属漏斗，向牛皮纸筒内填装热膨胀裂石剂，进行裂石试验，裂石效果良好。
[0023]实施例3
[0024]所选取的热膨胀裂石剂钻孔位置存在层岩间隙缺陷，热膨胀裂石剂计划填装直径为120mm，深度为438cm，根据牛皮纸筒直径计算公式d = (0.8860?0.9428) D，逆推实际需要的钻孔直径为134.61mm、根据牛皮纸筒长度h计算公式h = H+(5?20) cm，得到所需长度为458cm的牛皮纸筒，并选取直径为145mm的金属漏斗；将牛皮纸筒完全置于钻孔内，调整纸筒使纸筒处于钻孔的中心位置，将金属漏斗置于钻孔口处，使金属漏斗中心与钻孔中心重合；选取粒径为60目的细流沙，在金属漏斗的引导下，填充于牛皮纸筒与钻孔壁的间隙位置，一边填充一边用铁棒对细流沙轻轻进行搅拌，直至填满后，将铁棒插入细流沙中轻轻搅动后拔出，在不同位置反复操作15次，细流沙没有下沉，说明装填密封性良好，层岩间隙缺陷补偿结束，取掉金属漏斗，向牛皮纸筒内填装热膨胀裂石剂，进行裂石试验，裂石效果良好。
【主权项】
1.一种热膨胀裂石剂用钻孔层岩缺陷补偿方法，其特征在于:具体步骤如下: 步骤一、确定存在层岩间隙缺陷的钻孔，根据岩石钻孔大小，计算并选取合适直径和长度的牛皮纸筒以及合适直径的金属漏斗； 步骤二、将步骤一所选的牛皮纸筒完全置于钻孔内，调整纸筒使纸筒处于钻孔的中心位置，将步骤一所选的金属漏斗置于钻孔口处，使金属漏斗中心与钻孔中心重合； 步骤三、根据钻孔及牛皮纸筒直径，选取粒径20?100目的细流沙，在金属漏斗的引导下，用细流沙将牛皮纸筒与钻孔壁的间隙填满。2.所述合适直径和长度的牛皮纸筒直径和长度有严格的计算方法，具体为:钻孔直径为D，深度为H，则牛皮纸筒直径d的计算公式为d = (0.8860?0.9428) D，牛皮纸筒长度h计算公式为h = H+ (5?20) cm3.如权利要求1所述的一种热膨胀裂石剂用钻孔层岩缺陷补偿方法，其特征在于:所述合适直径的金属漏斗直径(Ici的计算公式为(Itl= D+(I?3) cm。4.如权利要求1所述的一种热膨胀裂石剂用钻孔层岩缺陷补偿方法，其特征在于:所述细流沙使用之前经特殊处理，具体方法为:每立方米细流沙添加(0.05?1.0) kg聚硅氧烷、(0.01?0.30)kg白油、(0.005?0.10)kg 二羧酸酯后，搅拌均匀，密封待用。
【专利摘要】本发明涉及一种热膨胀裂石剂用钻孔层岩缺陷补偿方法，属于材料科学与工程技术交叉领域。本发明用细流沙将牛皮纸筒与钻孔壁的间隙填满，能够实现热膨胀裂石剂在有间隙缺陷的层岩钻孔中安全有效使用；所发明的纸筒-流沙复合补偿系统结构简单，利用了流沙的流动性实现热膨胀裂石剂气体膨胀初期封堵层岩间隙，同时流沙的自压缩效应实现了热膨胀裂石剂的膨胀缓冲，将远程做功有效转化为近程做功，实现在有效的做功时间内对热膨胀裂石剂膨胀能量的有效聚集，同时避免了热膨胀气体快速泄露所带来的做功损失，结构设计科学合理，裂石效果好；对人体和环境无危害，清洁环保无污染，装置制造所需原料来源广，经济成本低。
【IPC分类】E04G23/08, F42D3/02, F42D3/04, E01D24/00
【公开号】CN104913695
【申请号】CN201510319886
【发明人】刘吉平, 韩钊武, 刘晓波
【申请人】贵州润晋碳元素材料有限公司, 北京理工大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月11日