大孔径静破剂定向破岩及防喷孔一体化装置及其施工方法与流程

本发明属于土木工程施工技术领域，具体涉及一种大孔径静破剂定向破岩及防喷孔一体化装置及其施工方法。

背景技术：

静态破碎剂简称静破剂，属于化学物理破岩方法。该破碎法是在被破碎体（岩石或混凝土）上钻孔，将静态破碎剂浆体填入孔中；随着水化反应的进行，膨胀与硬化同时发生，产生膨胀压力，从而实现被破碎体的开裂和破碎。静态破碎法具有无震动、无噪声、无飞石、无粉尘和无污染的优势，适用于城镇、厂房改扩建、建筑物拆除、花岗岩、大理石等贵重石材的开采和其它特殊场合的破碎施工。

研究表明，水温越高，钻孔的直径越大，破碎剂所产生的膨胀压力越大，破碎时间大大减小，破碎效率高，但同时也会带来喷孔的缺陷。喷孔是指充填于钻孔中的破碎剂浆体在水化初期突然从孔口喷出的现象。这是由于静态破碎剂水化初期放出大量热，使得浆体温度升高。当温度升高到水的沸点时，浆体中多余的还没有水化的拌合水就会迅速气化，生成大量蒸汽，这些蒸汽来不及散失，在浆体内部积聚，产生压力；在压力的作用下，浆体被喷出来。大孔径（孔径超过50m）的钻孔的表面积对充填破碎剂浆体的体积比较小，水化反应产生的热量容易在浆体中积聚，这些热量反过来又促进水化反应，使温度急剧上升，浆体中多余的和未水化的水迅速气化沸腾，发生喷出现象。

为了摆脱喷孔现象对大直径静破剂破碎效果的制约，同时使得裂缝扩展的方向能够实现人为的管控，需要研制出一种适用于大孔径施工，提高注水温度且同时能够抑制喷孔的定向致裂破岩装置。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种原理科学、设计新颖、便于操作、定向爆破效率高、效果好的大孔径静破剂定向破岩及防喷孔一体化装置及其施工方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：大孔径静破剂定向破岩及防喷孔一体化装置，包括套筒、下封堵头、上封堵头和注水管，套筒沿竖向方向设置，下封堵头和上封堵头均为圆柱体结构，下封堵头固定设置在套筒内的下部，套筒的筒壁自上而下沿轴向方向开设有两道定向破裂缝，两道定向破裂缝关于套筒的中心线对称设置，定向破裂缝的下端与下封堵头上侧面齐平，上封堵头同轴线装配在套筒的上端口内，套筒内部在上封堵头和下封堵头之间形成静态破碎剂充填腔，上封堵头沿中心线方向开设有上下通透的导孔，注水管插设在导孔内，注水管下端伸入到静态破碎剂充填腔内，注水管下端在静态破碎剂充填腔内的部分为花管结构。

上封堵头外圆上中心对称设置有两个限位柱，限位柱的直径小于定向破裂缝的宽度，套筒的筒壁上部中心对称开设有两个限位槽，限位槽与定向破裂缝连通，上封堵头由套筒上端口自上而下装配到套筒内，两个限位柱对应沿定向破裂缝向下移动，限位柱向下移动到限位槽位置时，转动上封堵头，两个限位柱对应卡接到限位槽内使上封堵头轴向定位。

注水管上在上封堵头上方设置有限位环，限位环的直径大于导孔的直径。

套筒上部外圆设置有一段外螺纹结构，外螺纹结构的外径大于套筒外圆直径1-10mm。

上封堵头外圆设置有与套筒内壁配合的外密封圈，注水管外圆设置有与导孔的孔壁配合的内密封圈。

大孔径静破剂定向破岩及防喷孔一体化装置的施工方法，包括以下步骤，

（1）按施工要求在待爆破的岩石、建筑物或构筑物上钻取一定深度、且直径大于50mm的钻孔，钻孔深度为1-2m；

（2）套筒的外径与钻孔的内径相当，将套筒和固定设置在套筒内下部的下封堵头放入钻孔内，当套筒上部的外螺纹结构将要进入钻孔时，使用专用驱动工具伸入到定向破裂缝内，驱动套筒转动，使外螺纹结构慢慢拧入到钻孔内，外螺纹结构与钻孔的孔壁螺纹连接，从而限定套筒的轴向位置；直到套筒的底端与钻孔底部接触且两道定向破裂缝分别朝向预定的岩石破裂方向后停止转动套筒，取出专用驱动工具；

（3）将静态破碎剂和水按重量比为0.25～0.35的配比混合后，搅拌成浆液，然后将静态破碎剂浆料倒入套筒内，并用木棍将静态破碎剂浆料夯实；

（4）接着将上封堵头由套筒上端口自上而下装配到套筒内，两个限位柱对应沿定向破裂缝向下移动，当限位柱向下移动到与限位槽位置对应时，转动上封堵头，使上封堵头圆周面上的两个限位柱对应转到两个限位槽内；

（5）将注水管由导孔上端插入到上封堵头内，注水管下端的花管结构向下伸入到静态破碎剂浆料内；

（6）随着静态破碎剂浆料的膨胀，静态破碎剂浆料向上顶压上封堵头，上封堵头向上移动，当上封堵头圆周面上的两个限位柱与限位槽上端顶压接触后，上封堵头停止向上移动，上封堵头起到封孔作用；

（7）通过注水管向静态破碎剂充填腔内的静态破碎剂浆料中注入50～60℃的温水，静态破碎剂浆料与水发生化学反应而膨胀，加速钻孔沿两道定向破裂缝的方向向外膨胀开裂；

（8）岩石、建筑物或构筑物被静态爆破后，取出大孔径静破剂定向破岩及防喷孔一体化装置，擦洗干净，用于下一个钻孔的爆破。

专用驱动工具包括截面呈正方形的横杆，正方形的边长稍小于定向破裂缝的宽度，横杆的长度大于套筒的外径，横杆两端设置有手柄。

使用专用驱动工具驱动套筒转动的过程为：将横杆水平插入到两道定向破裂缝内，横杆位于外螺纹结构的上方，操作者的双手分握持手柄，转动手柄即可驱动套筒旋转。

采用上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

1）本发明有效地解决了大孔径静态爆破中的喷孔问题，使得静态爆破技术不再受到诸如太阳光直射、温度太高等诸多施工环境的限制，使用的时空范围更加广泛，也不再需要额外采取措施或经济投入来防治喷孔问题；

2）单孔装破碎剂量大，并且可以人工注入温水，破碎能量高，孔壁上膨胀压力大，加速反应时间，有效地的减少了破碎等待时间，提高了静态爆破施工效率；

3）通过设置定向破裂缝，能够人工控制破碎岩体的裂缝扩展方向，实现静态破碎剂的定向致裂功能；

4）密封严实：套筒通过外螺纹结构与钻孔的孔壁螺纹连接，不仅起到定位套筒的作用，而且具有密封的功能；套筒内壁与上封堵头外圆之间通过外密封圈，注水管外圆与导孔的孔壁通过内密封圈密封连接。

综上所述，本发明结构简单、便于制作和安装、可反复多次使用，施工成本低，能实现静破剂的高效破岩、定向致裂破岩及喷孔防治等的功能，有效地解除了孔径和施工环境温度对静破剂破岩效果的制约。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中套筒的左侧剖视图；

图3是图1中上封堵头的左侧剖视图；

图4是专用驱动工具的结构示意图。

具体实施方式

如图1-图4所示，本发明的大孔径静破剂定向破岩及防喷孔一体化装置，包括套筒1、下封堵头2、上封堵头3和注水管4，套筒1沿竖向方向设置，下封堵头2和上封堵头3均为圆柱体结构，下封堵头2固定设置在套筒1内的下部，套筒1的筒壁自上而下沿轴向方向开设有两道定向破裂缝5，两道定向破裂缝5关于套筒1的中心线对称设置，定向破裂缝5的下端与下封堵头2上侧面齐平，上封堵头3同轴线装配在套筒1的上端口内，套筒1内部在上封堵头3和下封堵头2之间形成静态破碎剂充填腔6，上封堵头3沿中心线方向开设有上下通透的导孔，注水管4插设在导孔内，注水管4下端伸入到静态破碎剂充填腔6内，注水管4下端在静态破碎剂充填腔6内的部分为花管结构7。

上封堵头3外圆上中心对称设置有两个限位柱8，限位柱8的直径小于定向破裂缝5的宽度，套筒1的筒壁上部中心对称开设有两个限位槽9，限位槽9与定向破裂缝5连通，上封堵头3由套筒1上端口自上而下装配到套筒1内，两个限位柱8对应沿定向破裂缝5向下移动，限位柱8向下移动到限位槽9位置时，转动上封堵头3，两个限位柱8对应卡接到限位槽9内使上封堵头3轴向定位。

注水管4上在上封堵头3上方设置有限位环10，限位环10的直径大于导孔的直径，限位环10起到限定注水管4向下移动的作用。

套筒1上部外圆设置有一段外螺纹结构11，外螺纹结构11的外径大于套筒1外圆直径1-10mm。

上封堵头3外圆设置有与套筒1内壁配合的外密封圈12，注水管4外圆设置有与导孔的孔壁配合的内密封圈13。

大孔径静破剂定向破岩及防喷孔一体化装置的施工方法，包括以下步骤：

（1）按施工要求在待爆破的岩石、建筑物或构筑物上钻取一定深度、且直径大于50mm的钻孔，钻孔深度为1-2m；

（2）套筒1的外径与钻孔的内径相当，将套筒1和固定设置在套筒1内下部的下封堵头2放入钻孔内，当套筒1上部的外螺纹结构11将要进入钻孔时，使用专用驱动工具伸入到定向破裂缝5内，驱动套筒1转动，使外螺纹结构11慢慢拧入到钻孔内，外螺纹结构11与钻孔的孔壁螺纹连接，从而限定套筒1的轴向位置；直到套筒1的底端与钻孔底部接触且两道定向破裂缝5分别朝向预定的岩石破裂方向后停止转动套筒1，取出专用驱动工具；

（3）将静态破碎剂和水按重量比为0.25～0.35的配比混合后，搅拌成浆液，然后将静态破碎剂浆料倒入套筒1内，并用木棍将静态破碎剂浆料夯实；

（4）接着将上封堵头3由套筒1上端口自上而下装配到套筒1内，两个限位柱8对应沿定向破裂缝5向下移动，当限位柱8向下移动到与限位槽9位置对应时，转动上封堵头3，使上封堵头3圆周面上的两个限位柱8对应转到两个限位槽9内；

（5）将注水管4由导孔上端插入到上封堵头3内，注水管4下端的花管结构7向下伸入到静态破碎剂浆料内；

（6）随着静态破碎剂浆料的膨胀，静态破碎剂浆料向上顶压上封堵头3，上封堵头3向上移动，当上封堵头3圆周面上的两个限位柱8与限位槽9上端顶压接触后，上封堵头3停止向上移动，上封堵头3起到封孔作用；

（7）通过注水管4向静态破碎剂充填腔6内的静态破碎剂浆料中注入50～60℃的温水，静态破碎剂浆料与水发生化学反应而膨胀，加速钻孔沿两道定向破裂缝5的方向向外膨胀开裂；

（8）岩石、建筑物或构筑物被静态爆破后，取出大孔径静破剂定向破岩及防喷孔一体化装置，擦洗干净，用于下一个钻孔的爆破。

专用驱动工具包括截面呈正方形的横杆14，正方形的边长稍小于定向破裂缝5的宽度，横杆14的长度大于套筒1的外径，横杆14两端设置有手柄15。

使用专用驱动工具驱动套筒1转动的过程为：将横杆14水平插入到两道定向破裂缝5内，横杆14位于外螺纹结构11的上方，操作者的双手分握持手柄15，转动手柄15即可驱动套筒1旋转。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。