专利名称：：冷冻式岩石开裂器的制作方法
技术领域：
：本开裂器属石材或矿石的开采装置，现有的石材开采方法主要有钢绳锯法，链锯，火焰喷射切岩机，劈楔法，爆破切断采矿法，膨胀剂静态爆破法等(参见“筛面石材开采与加工”，希禾，舒士，戴增惠，袁蓟生等编，中国建筑工业出版社出版，美国专利StoneSawwithPulsedFeedforChainCutter，Mar.28，1967，专刊号US03311415，Stone－CuttingMachinewithMobileCarriageandTiltableSaws，Dec.26，1967，专刊号US03360298)。应用这些方法的装置中，一些虽然加工平面平直度高，但成本太高，如钢绳锯，链锯等，另一些虽然成本低，但加工面的平直度差，如连续炮眼法，爆破切断采矿法等。有一些介乎两者之间，如膨胀剂静态爆破法，劈楔法，冷热循环法(德谒特文摘SU1176－085－A，MethodofWeakeningRocksinDist－UsesCyclicPassageofHotandColdAir，1986)以及冷冻膨胀法(SU977773，cпocoбpaзpyщeниятвepдыхпopoдpacпчpaюшимиycилиямиMar.28，1983)，它们需要在岩石中钻深孔或多个孔，加工困难。因而不是用低成本生产大型表面平直石料的理想方法。由于建造机场，公路，桥梁，码头，堤坝以及大型建筑都可采用大量大型石料，本装置的目的是用于生产大量低成本的表面平直的大型石料，可节省劳力与能源，特别适合在北方山区应用。冷冻式岩开裂器由∏型开裂器本体和侧密封壁组成，侧密封壁包括上、下密封板，上、下密封板均有矩形的齿和槽，齿插入另一件的槽内，在侧密封板外侧装有一个限位式的保险装置；接触垫与开裂器本体连接；在开裂器与岩石接触的部位设置有电热丝；在开裂器本体顶部设有进水口和排气口。根据不同情况的需要，还可在开裂器本体外加设隔热层，和加设制冷机以及加压水泵。它们的形式如图3、图4、图5所示。本装置的工作情况在岩石预定的分离面上，先在岩石相应处加工出本装置的安装基面，并在岩石表面加工一条处在岩石预定分离面上的人工槽缝，本装置如图1或图2所示一个接一个地沿人工槽缝全部排满，然后在本装置接触垫和上、下密封板处加水或其他液体，经冷冻结冰形成密封层，再打开排气口并从进水口加入水或其他液体到本装置的密封腔(密封腔指本装置的本体、两边上、下密封板和岩石表面所包围的空间)，当密封腔被灌满后，关闭排气口和进水口使得密封腔内的水或其他液体处在被密封状态。接着对密封腔内的水或其他液体进行冷冻，由于结冰产生膨胀从而对岩石表面产生拉力，使岩石从表面沿着人为槽缝分裂直至解件。冷冻式岩开裂器分立式和卧式。立式开裂器对岩石表面施力的方向是水平方向，其工作情况如图1所示，其结构情况如图3或图4所示，卧式开裂器对岩石表面的施力方向是垂直方向，其工作情况如图2所示，其结构如图5所示。立式和卧式开裂器均具有一个∏形结构的开裂器本体，开裂器本体两侧各具有由上密封板和下密封板组成的密封壁。上、下密封板均有矩形的齿和槽，齿插入另一件的槽内，齿与槽之间的间隙构成了迷宫式的通道，在迷宫式通道注满水或其他液体亦加以冷冻使水结成冰，从而使上、下密封板具有密封作用，成为密封壁。接触垫与开裂器本体连接。如图1或图2所示，先在接触垫，上、下密封板的迷宫式通道以及开裂器之间的部位浇水，并冷冻使水结冰，这样就形成了开裂器的密封腔，这时若关闭进水口和排气口，则开裂器本体，两侧的密封壁和岩石表面所包围的空间与大气隔开，称为密封腔。如果打开处在密封腔最高处的排气口，可通过进水口让水或其他液体将密封腔灌满。然后关闭排气口和进水口，对密封腔内的水或其他液体进行冷冻，由于结冰产生膨胀，使得密封腔内液体的压力上升，作用在开裂器本体大面积的板上的力通过接触垫传到岩石表面，当人工槽缝处的拉应力超过其强度时，人工槽缝的裂缝会扩展。当人工槽缝的裂缝扩展时，密封壁的上、下密封板可能有小量的相对位移而使得密封壁短时间出现渗漏现象。由于密封层具有自动恢复密封性能的特性，当密封层恢复密封性能后，开裂器密封腔的压力可以上升，又能正常工作。结构上允许上、下密封板有小量的相对位移能够保证作用在开裂器本体大面积板上的力能通过接触垫传到岩石表面。为防止上、下密封板相对位移量在意外情况超出正常工作所需的范围而损坏开裂器，在两密封壁外侧的端部均装有一个限位式的保险装置，保险装置的结构如图3中的局部剖面所示，它由三个基本件组成，8a为一个开槽的另件，固定在上密封板6上，8b是一个阶梯式圆柱销，销与8a的两个孔相配合，8c是一个固定在下密封板上的零件，8c的板插入8a的槽内，8c的板上开有长的通槽，阶梯式保险销8b允许在长通槽最大的相对位移量比上、下密封板在保险装置处正常工作所需的最大相对位移略为大。在开裂器与岩石接触的部位设置电热丝5，当石料从岩体上完全分离以后，用电热丝加热，使开裂器不再冻结在岩石上，然后将开裂器运走。若施工环境温度过高则需附加上制冷机10对开裂器的密封层和密封腔采用人工强迫冷冻的方式，隔热层9是使制冷机10能更有效地工作，附设制冷机和隔热层的开裂器可在任何环境温度下工作。没有制冷机和隔热层的开裂器只能在环境温度低于摄氏零下5度工作。附设的加压水泵用于需加速提高密封腔压力的情况。归纳来说，本专利实施所用的设备是开裂器装置，它具有以下特点(1)开裂器的接触垫利用水或其它液体经冷冻后粘结在岩体相应的基面上；(2)开裂器的粘结层也是密封层；(3)开裂器密封腔内的工质是水或其它液体，其压力的产生是对这些液体进行冷冻，使之部分结冰而产生，也可以利用高压泵对之加压而产生；(4)开裂器工作时，对岩体所施的作用力能使在予定断面上的人工槽缝或裂缝受到与预定断面垂直的拉伸应力的作用。另外，本装置在工作时还具有以下特点(1)密封层由水或其他液体经冷冻固化而成，当被密封的水或其他液体被冷冻而压力上升时，若密封层出现渗漏，则被密封的水或其他液体流经渗漏通道时，其压力迅速下降，会自动固化而将渗漏通道堵住。故本装置的密封层具有自动恢复密封性能的特性。(2)使用本专利开裂器，能使在一平面上的人工槽缝产生应力集中现象，且最大拉应力严格与人工槽缝所在的平面垂直，因而保证裂缝只在人工槽缝所在的平面内扩展。在裂缝每次扩展过程中，最大拉应力始终保持与人工槽缝所在的平面垂直。(3)人工槽缝一旦扩展出裂缝，就相应地加大了被密封的水或其他液体的有效施力面积，亦即增加了分离岩石的总拉伸力，使裂缝能继续迅速在人工槽缝所在的平面内扩展，直至石料从岩体上完全分离。本专利与现有技术相比，其优点是明显的。特别在大规模开采大型石材时，本专利分离岩石的速度高于现有技术，具有生产率高、成本低的优点。具体来说，与链锯，钢绳锯法相比，本专利成本低；与连续炮眼法，爆破切断法相比，本专利生产的断面平直度好，对岩体损坏极小，石材的利用率和成品率高；与膨胀剂静态爆破法、冷热循环法、冷冻膨胀法相比，本专利不需要在岩体打深孔或多孔，只需在岩体表面开出开裂器的安装面和人工槽缝，本专利一次安装能断裂的面积可以比这些方法的大得多，而且这些方法断面的表面留有半圆形的槽，因而本专利生产的断面平直度好，成本低。图1为立式开裂器工作时的示意图，其中15为预定的断裂平面，12为岩体表面，13为人工槽缝，14为密封腔内的工质，1为立式开裂器，2为接触垫，5为电热丝。图2为卧式开裂器工作时的示意图，其中15为预定的断裂平面，12为岩体表面，13为人工槽缝，14为密封腔内的工质，1为卧式开裂器，2为接触垫，5为电热丝。图3为自然冷冻型立式开裂器的结构图，其中1为开裂器本体，2为接触垫，3为进水口，4为排气口，5为电热丝，6为上密封板，7为下密封板。图3中的局部剖面为保险装置8的结构图，其中8a为外板，8b为圆柱销，8c为内板。图4为强制冷冻型立式开裂器的结构图。其中1为开裂器本体，2为接触垫，3为进水口，4为排气口，5为电热丝，6为上密封板，7为下密封板，8为保险装置，9为隔热层，10为制冷机。图5为自然冷冻型强力式开裂器结构图，其中1为开裂器本体，2为接触垫，3为进水口，4为排气口，5为电热丝，6为上密封板，7为下密封板，8为保险装置，11为加压水泵。权利要求1.一种冷冻式岩开裂器，其特征在于由Ⅱ型开裂器本体和侧密封壁组成，侧密封壁包括上、下密封板，上、下密封板均有矩形的齿和槽，齿插入另一件的槽内，在侧密封板外侧装有一个限位式的保险装置；接触垫与开裂器本体连接；在开裂器与岩石接触的部位设置有电热丝；在开裂器本体顶部设有进水口和排气口。2.如权利要求1所述的开裂器，其特征在于所述的保险装置由三个基本件8a、8b、8c组成，8a为固定在上密封板6上的并开有孔的零件；8c为固定在下密封板7上并开有长通槽的板；8b为阶梯式圆柱销，8c的板插入8a的槽内后，圆柱销8b可从8a上的孔及8c上的长槽中穿过。3.如权利要求1所述的开裂器，其特征在于；在开裂器本体外有隔热层9。4.如权利要求1或3所述的开裂器，其特征在于开裂器还设有制冷机。5.如权利要求1所述的开裂器，其特征在于开裂器还设有加压水泵。专利摘要本装置属石材或矿石的开采装置。它由型开裂器本体、侧密封板、接触垫和保险装置组成，并设有电热丝、进水口和排水口。根据需要还可在开裂器本体外加设隔热层，制冷机和加压水泵。本装置以水或其他液体经冷冻结冰形成密封层，由对密封的水或液体进行冷冻所产生的力使岩石沿着人为槽缝所构成的平面分裂而解体。应用本装置可大量生产成本低、表面平直的大型石材，并可节省能源。本装置适用于各种工程，可为如机场、公路以及大型水利工程等提供需用的石材。文档编号E21C47/00GK2120664SQ9020993公开日1992年11月4日申请日期1990年7月12日优先权日1990年7月12日发明者李衍远,李衍达申请人:李衍远,李衍达