[发明专利]一种利用岩石裂纹持续扩展断裂制备平板石材的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩石无切削分离技术，具体涉及利用岩石裂纹持续扩展断 裂制备平板石材的方法。适用于天然裂纹不发育岩体的分离，分离后可形成面 积很大平板石材。

背景技术

从纵向分割岩石上讲，现有使裂纹扩展形成贯通裂缝的技术有打眼劈楔法， 膨胀剂静态爆破法和金属燃烧剂爆破法。这些技术都是在岩石上钻一排孔，用 膨胀剂静态爆破、金属燃烧剂爆破以及加入楔子等不同的方法对孔壁施加压力， 导致岩石沿布孔面断裂形成贯通裂缝。现有技术裂缝是从岩石表面向岩石内部 扩展，裂缝首先产生在岩石表面。这种断裂面形成方向从岩石表面向岩石内部 深入的，岩石裂纹扩展时，其扩展前的裂纹长度就是孔深，裂纹扩展时，岩石 呈现各向异性。该断裂技术产生的断裂面不平直，若继续向岩体内部扩展，断 裂面将严重偏离预定平面，裂纹扩展越大，偏离预定位置越远，难以达到形成 平整面的工作要求。因此，现有断裂技术不能采用裂纹多次扩展形成，只能使 裂缝向岩石内部作较小距离的扩展，不能制作面积大的断裂平面。

从水平面分割岩石上讲，现有的技术主要有绳锯法和排钻法(连续炮眼法)。 绳锯法就是用高强度的钢绳带动水和沙砾切割岩石，或在钢绳上套有金刚石套 筒，用金刚石切割岩石，一般适用于岩石硬度较小的大理石；排钻法就是通过 在岩石水平向连续钻孔，分离岩石，该方法适用岩石较硬的花岗岩。但是无论 是绳锯法还是排钻法都需要高额的成本，而且加工进度较慢。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种在岩石内制造裂纹， 利用岩石内部裂纹持续扩展断裂制备大面积平板石材的方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种利用岩石裂纹持续扩展断裂制备平板石材的方法，包括如下步骤：

(1)岩体选取和初步加工：选取天然裂纹不发育，适于用作石材的岩体， 在岩体顶面加工成初步平面；

(2)岩体内裂纹槽的形成：在步骤(1)形成的平面上，根据岩体硬度， 在平面的中央确定一个近似长方形区域，长方形的各条边到岩体边缘的距离为 5～30米；在长方形的四条边按照间距4～8米加工一系列孔，在长方形的宽度 方向或长度方向，每隔20～30米增设一排孔；在长方形的四个角的区域内增设 2～5个孔，用作起裂区；根据要取岩体厚度，在同一深度岩体的水平面上，通 过施工的孔将长方形四条边上以及起裂区上相邻的孔连通，加工形成裂纹槽， 长方形内宽度或长度方向增设的孔在同一深度水平面相邻将孔连通，并与四边 的裂纹槽连通；

(3)岩体内裂纹槽持续扩展：每个起裂区中一个或者多个步骤(2)形成 的孔接上液压系统，封闭其他孔，裂纹槽充满液体后，用压力可达150×106Pa 的液压系统给裂纹槽施加压力，岩体内裂纹槽持续扩展断裂，形成平整面。

为进一步实现本发明的目的，所述步骤(2)还包括在长方形的中心以及在 外侧距离每条边中心5～10m处形成交变拉应力孔，在孔中底部处设置交变拉应 力发生器，施加交变拉应力，变拉应力发生器环形槽平分面与裂纹槽在同一水 平面。所述交变拉应力产生方法为：交变拉应力发生器的环形槽的平分面在预 定断裂面上，通过与交变拉应力发生器连接的液压系统输送液体，并使被密封 在环形槽的液体压力交变，使岩体产生与裂纹槽平行的交变拉应力。

所述步骤(2)的孔的直径为100～250mm。所述步骤(2)裂纹槽通过高压 水切割形成。

本发明的原理：

(1)裂纹内水压力导致裂纹的扩展。岩石的抗拉强度一般为抗压强度的 1/4～1/25，平均为1/10左右，有裂隙的岩石比没有裂隙的岩石抗拉强度小很多， 现有技术中，打眼劈楔法劈开裂纹面，使裂纹作拉伸性破坏所需的拉应力就较 小，因此，裂纹作张开型扩展是一种相对容易发生岩石的破坏形式。一般来说， 岩石的拉伸强度约为40×10⁵Pa～130×10⁵Pa，而现使用的液压系统能使密封在 裂纹的水压力达到150×10⁶Pa，因此裂纹内水压力的上升可导致裂纹的扩展。