[发明专利]一种利用气体膨胀破碎软岩的破岩装备及破岩方法

说明书

本发明公开了一种利用气体膨胀破碎软岩的破岩装备及破岩方法，包括船体、气体发生装置和软岩破裂机具，气体发生装置设置于船首甲板下方，气体发生装置通过气体输送通道与软岩破裂机具相连，气体输送通道装设在桥架上，软岩破裂机具设置在桥架下端，桥架用于带动软岩破裂机具移动；软岩破裂机具包括联动系统、岩体破裂系统和气体膨胀系统，联动系统的一侧与桥架可转动连接，联动系统内设置有可上下运动的回转机构，回转机构与岩体破裂系统相连，气体膨胀系统与岩体破裂系统相连。本发明利于水下软岩类底床疏浚施工，利用气体相态改变产生冲击力促使岩石裂纹扩展进行破岩，对疏浚施工环保要求的适用性良好，为软岩床疏浚提供了新思路。

技术领域

本发明涉及疏浚工程软岩挖掘施工技术领域，特别是涉及一种利用气体膨胀破碎软岩的破岩装备及破岩方法。

背景技术

在大型疏浚工程领域，对于淤泥和沙质底床的疏浚，目前已经有比较成熟的工艺。但对于页岩、泥岩等软岩类底床，疏浚工艺尚不完善，通常情况下，先采用水下爆破的方式先行破碎岩石，再采用专业船舶进行疏浚施工。然而，随着国内外环保意识的持续加强，水下爆破技术的应用范围不断缩小，针对岩石类底床的疏浚工艺亟待创新。

岩石是一种含有裂纹、裂隙等多种细观缺陷的混合物质，其破坏过程包括弹性阶段和塑性阶段。在外力作用下，岩石会产生变形，根据能量守恒原理，外力所做的功将转换为一种能量，储存在岩石内部，这种能量称为应变能，而单位体积内的应变能则称为应变能密度。根据第四强度理论，当岩石内应变能密度大于临界值时，其内部裂纹、裂隙将产生不可逆的演化，使岩石强度降低。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种利用气体膨胀破碎软岩的破岩装备及破岩方法，该装备以常规的环保绞吸船为模型，通过桥架移动带动软岩破裂机具移动，使软岩破裂机具能够对岩体进行垂向加压，结合软岩破裂机具自身的回转功能，实现对水下岩土的开孔；在开孔完成后，该装备通过气体发生装置将膨胀性气体输送至软岩破裂机具内，并通过机具将气体注入岩体内部；气体注入岩土的过程中，相态发生改变，产生冲击能，促使岩石内部裂纹扩展，引起岩体强度降低。该装备适用于水下破碎页岩、泥岩等较软岩床。

本发明是这样实现的，一种利用气体膨胀破碎软岩的破岩装备，包括船体、气体发生装置和软岩破裂机具，所述船体包括钢桩和桥架，所述钢桩用于实现船体定位，所述气体发生装置设置于船首甲板下方，所述气体发生装置通过气体输送通道与软岩破裂机具相连，所述气体输送通道装设在桥架上，所述软岩破裂机具设置在桥架下端，所述桥架用于带动软岩破裂机具移动；

所述软岩破裂机具包括联动系统、岩体破裂系统和气体膨胀系统，所述联动系统的一侧与桥架可转动连接，所述联动系统内设置有可上下运动的回转机构，所述回转机构与岩体破裂系统相连，用于带动岩体破裂系统做冲击回转钻进运动，所述气体膨胀系统与岩体破裂系统相连，用于向岩体破裂系统输送膨胀性气体。

优选的，所述岩体破裂系统包括钻杆、钻头、传压块，所述钻杆顶端密封，所述钻杆与回转机构相连，所述回转机构带动钻杆旋转，所述钻杆底部与钻头螺纹相连，所述钻杆和钻头内部设置有高压气体通道，所述钻头内部底端设置有具有控温保压功能的爆裂片及泄气孔，所述传压块与钻杆相连，所述传压块顶部与回转机构接触连接。

进一步优选的，所述钻杆包括上部钻杆和下部钻杆，所述上部钻杆和下部钻杆通过螺纹连接，且在连接处设置密封装置。

优选的，所述气体膨胀系统包括高压气体发生装置和热源输送装置，所述高压气体发生装置与联动系统上部相连，所述高压气体发生装置与岩体破裂系统的钻杆上部相连，且高压气体发生装置内部可使钻杆随动旋转，所述高压气体发生装置上设置有配气孔，所述配气孔与气体输送通道相连，用于将气体发生装置内的气体输送至岩体破裂系统的高压气体通道内；所述热源输送装置置于岩体破裂系统的传压块内，所述热源输送装置内设置有可将其弹出至高压气体通道对高压气体通道进行封堵的弹卡机构，所述热源输送装置可卡接在高压气体通道的卡槽内，使位于上方的高压气体通道内为稳定室，位于下方的高压气体通道内为发射室。