[其他]钢柱定向膨胀高压劈石机

说明书

本实用新型是一种用于开裂岩石的技术装置。

目前开采石材的几种方法，各有特点和不足之处，如：“火焰切割机”可高温熔割花岗岩，但耗能大成本高；“转动的钢索锯切机”只能磨锯大理石等中硬以下的石材，慢又费时；“无声破碎剂”胀裂岩石，消耗药量大，开裂时间长也不经济；还有古今沿用人工凿取岩石的方法，劳动强度大，生产效率低；用火药炸石，破坏资源，碎石多、成品少。

本实用新型的目的，是改进已有技术不足，提供一种节省能源、经济、迅速、安全无声地将岩石定向劈开的钢柱定向膨胀高压劈石机。

本实用新型是由以下方式来实现的：手动或电动高压油泵（6）经高压胶管（5）向油缸（4）泵入高压液体，使油缸柱塞产生高压伸长压钢楔子（1）劈入楔体（2），再产生比压力大10－20倍的侧向膨胀压力压向钻孔内壁，将岩石胀裂劈开。

附图说明：图1是本实用新型的结构示意图，图2是图1A－A剖面图，图3是图1B－B剖面图，图4是用于劈开较深钻孔岩石时楔子、楔体串联加长的示意图，图5是用于深孔，封闭孔口后向孔内泵入高压液体产生强大膨胀压力胀裂岩石的孔口钢柱定向膨胀自动封孔器的示意图。

下面将结合（附图）实施例作进一步详述，见图1，钢柱定向膨胀高压劈石机，是由楔子（1）、楔体（2）组成钢柱定向膨胀器（简称膨胀器）、组合杆（3）、单作用柱塞油缸（4）、高压胶管（5）、单向定量油泵（6）各个现成的分离部件联合组成。

钢柱定向膨胀器，由中间一根柱面弧形，上宽下窄的钢楔子（1）和其侧面与光滑斜面上的两块钢楔体（2）组成的圆柱体构成。楔子（1）两侧斜面上的斜度为1／20～1／100。为减少工作时楔子（1）与楔体（2）间摩擦力，在二者间加上摩擦系数μ＝0.05～0.09的二硫化钼油膏。

操作时，将钢柱定向膨胀器（1）、（2）插入指定大小的岩石钻孔（7）中，油缸（4）壳体上的组合杆（3），即主螺母（13）两侧的“U”型钢叉（14）中的“J”型钢钩（15）拉定两侧楔体（2）上端的矩形凸盘（9）边框，联接高压胶管（5）的快速接头后，给手动油泵（6）加压时，油缸柱体以30吨压力（足够开裂花岗岩较大截面积，计算如后）压钢楔子（1）上端凸盘（8）下劈。（反向作用时：卸下“J”形钢钩，将“U”形钢叉（14）放在凸盘（8）下面，油缸（4）柱塞着地，泵油加压时壳体上升，钢叉（14）顶起凸盘（8）将楔子（1）启出）将膨胀器平行撑开成椭圆柱体。见图2、图3虚线所示。

本实用新型的原理是，利用微小的横向位移，换取百吨以上的定向膨胀压力，挤压钻孔内壁，而在其垂直的非挤压受力面的楔缝方向产生拉应力，当其超过被破岩石的抗拉强度R和截面积S的总抗拉力时，岩石便沿楔缝方向裂开。

下面根据已知条件，计算破石的参数：

设钢柱定向膨胀器直径φ38mm，长600mm，截面积A＝3.8×60＝228cm²，加二硫化钼油膏摩擦系数μ＝0.05～0.09。当楔子（1）劈入楔体（2），克服摩擦力（最大等于油缸压力30吨）时，楔体两侧柱面垂直作用于孔壁上最大压力：

以μ＝0.09计    P＝F／μ＝30吨／0.09＝333吨

（若μ＝0.05计    P＝F／μ＝30吨／0.05＝600吨）

以μ＝0.09计算其压强：

P₀＝P／A＝333×1000kg／228cm²＝1460kg／cm²

参照花岗岩的抗拉强度R＝100kg／cm²、大理岩R＝60kg／cm²；岩石开裂的经验系数B＝0.8～0.9（建筑材料科学研究院编《无声破碎剂应用技术》第12、14页）。

计算单孔总抗拉力P＝333吨时被破花岗岩弧石所应有的最大截面积：S＝P／R×B＝333×1000kg／100×0.9＝0.37m³，相当于平均最小边长为0.6m×0.6m截面的花岗岩弧石，可用钢柱定向膨胀器单孔定向劈开。同理可计算出，单孔333吨侧压力破大理岩弧石的截面积为0.617m²；单孔600吨侧压力破花岗岩弧石的截面积为0.67m²；单孔600吨侧压力破大理石的截面积为1.11m²。

如果采劈较大岩石的截面，可参考以上单孔破石数据，多孔切割，可使用一台油缸依次加压多根膨胀器（每根膨胀器可多次重复使用）来实现较大截面岩石的切割。