[发明专利]一种等效椭圆孔设置定向破岩法

说明书

一种等效椭圆孔设置定向破岩法是选取三个半径相等圆，圆心所在直线方向为设计破裂方向，以两圆心为另一圆直径的两个端点钻取圆得到等效椭圆，向等效椭圆孔内装填静态胀裂剂浆液并封孔，静态胀裂剂浆液发生水化反应凝结形成胀裂剂柱体向孔壁施加径向膨胀压力，使孔周围岩体径向受压应力作用，切向受到拉应力作用，获得椭圆长轴两顶点位置的应力集中系数最大，短轴两顶点位置的应力集中系数最小，随着胀裂剂不断反应，提供的膨胀压力越来越大，实现定向破岩。本发明解决了静态胀裂破岩技术中的定向破岩问题，达到了裂缝定点萌生和定向开裂的目的，提高了破岩效率和石料成材率，实现了控制破裂方向的目的。

技术领域

本发明涉及一种静态胀裂剂破岩法，尤其是一种用于静态胀裂定向破岩装填胀裂剂的等效椭圆形钻孔设置及其破岩方法。

背景技术

静态胀裂剂的破岩机理是胀裂剂水化反应发生体积膨胀与热膨胀，产生膨胀压力并作用于孔壁，使孔周围被破碎岩体径向受到压应力作用，切向受到拉应力作用。岩石等脆性材料的抗拉强度远小于其抗压强度，当受到的切向拉伸应力超过其抗拉强度时，在孔壁周围萌生裂纹；随着膨胀压力不断增大，裂纹不断扩张直至破裂。静态胀裂破岩技术因具有无振动，无飞石，无冲击波，无噪音，无污染，施工无需审批，操作简单，安全等优越性而在混凝土基础拆除、贵重石材荒料开采和煤矿井下深孔破岩等对安全有较高要求的应用领域不断推广和发展。

静态胀裂破岩技术虽然实现了无声、无振动、无飞石的安全破岩目的，但实际应用中面临的最大问题是破岩方向无法控制，裂纹萌生及发展方向受被破碎岩体本身内部缺陷影响，对被破碎岩体实施静态破岩后往往四分五裂，整形量和成材率较低。混凝土基础拆除要求定向破裂，破碎范围指定，破裂面平整而不影响保留部分继续使用；玉石、花岗岩和大理石等天然贵重石材资源有限，在保护性开采政策要求下，必须实现定向控制开采，提高整形量和成材率；煤矿井下深孔破岩后形成巷道或硐室等工作空间，要求成形规整且按设计方向破岩，不能破坏工作空间围岩的原始完整状态。

因钻孔设备限制，静态胀裂破岩技术实际施工中只能钻取圆形钻孔，圆形钻孔因结构对称而当受到孔内静态胀裂剂水化反应产生的膨胀压力作用时，造成孔周围应力均匀分布，产生破坏的可能性相同，裂纹的最先起裂位置完全由孔外被破碎岩体的不均匀性或原有细微裂隙决定，最初开裂方向是圆孔周围最薄弱的点，裂纹扩展方向不定，具有一定的随机性，可控性很弱。

在公开文献中可以获得公开号为CN 104776765 A的“一种静态爆破聚能装置及其爆破方法”专利，其提高静态破碎效率的方法是在圆形钻孔内放置两块带有劈裂角的圆弧形钢模板，将膨胀压力集中于两劈裂角的尖端，尖端处产生应力集中，劈裂岩体。这种方法存在两个缺点，其一是圆弧形钢模板不可回收利用，造成破岩成本增加；其二是圆弧形钢模板必须与孔径相匹配，圆弧形钢模板半径太大放不入孔内，太小则起不到劈裂作用。

在公开文献中可以获得公开号为CN 105674817 A的“一种用于控制岩石或混凝土破碎模式的方法”专利，该方法通过使用不同类型的导向装置实现控制破碎模式。该方法存在的缺点其一是若岩体未完全破裂，导向装置无法从钻孔内取出，需通过辅助钻孔方式取出导向装置，使得钻孔工作量增加；其二是对于深孔破岩放置刚性导向装置困难。

为了解决静态胀裂破岩技术中的定向破岩问题，实现裂缝定点萌生和定向开裂，提高破岩效率和石料成材率，达到控制破裂方向的目的，迫切需要寻求一种用于静态胀裂破岩技术中实现定向破岩的等效椭圆形钻孔布置及其破岩方法。

发明内容

基于现有静态胀裂破岩所公开和实际应用的现有技术，本发明要解决的具体技术问题是如何通过设置等效椭圆形孔装填静态胀裂剂实现定向破岩，并提供一种等效椭圆孔设置定向破岩法。

实现上述本发明所提供的一种等效椭圆孔设置定向破岩法的具体技术方案如下。

一种等效椭圆孔设置定向破岩法，所述破岩方法是按下列步骤进行的：