[发明专利]一种等效椭圆孔设置定向破岩法

摘要

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。

主权项

1.一种等效椭圆孔设置定向破岩法，所述定向破岩方法是按下列步骤进行的：（1）圆O1、O2、O3半径相等且为R，R的大小根据被破碎岩体范围、强度硬度因素确定，取值为30～60mm，当被破碎岩体范围较大时取大值；先在被破碎岩体上钻取圆O1和O3，使圆O1和O3相切，且圆心O1和O3所在直线方向为设计破裂方向；（2）以圆O₁和O₃的两圆心为圆O₂直径的两个端点钻取圆O₂，得到等效椭圆O₂，点O₂为等效椭圆中心，线段AB=4R为等效椭圆长轴；线段CD=2R为等效椭圆短轴，等效椭圆O₂的长短轴之比；（3）向等效椭圆孔内装填水灰比为2.5∶7.5搅拌好的静态胀裂剂浆液并封孔，胀裂剂浆液发生水化反应后在等效椭圆形孔内凝结形成胀裂剂柱体；（4）等效椭圆形钻孔内的胀裂剂柱体发生水化反应体积膨胀与热膨胀向孔壁施加径向膨胀压力，使等效椭圆孔周围岩体径向受到压应力作用，切向受到拉应力作用；（5）反应t时刻等效椭圆孔上任意点的切向应力和径向应力分别为：式中，为等效椭圆孔上任意点的切向应力，MPa；为等效椭圆孔上任意点的径向应力，MPa；为t时刻静态胀裂剂向孔壁施加的膨胀压力，MPa；θ为等效椭圆孔上任意点与椭圆中心的连线和椭圆长轴之间的夹角，°；a为等效椭圆长半轴，m；b为等效椭圆短半轴，m；（6）计算得出，椭圆孔内各点的应力分布不均匀，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，其余各点的应力集中系数介于长轴和短轴顶点之间；等效椭圆形孔的长短轴之比为2∶1，任意时刻长轴两顶点处的切向拉应力为，短轴两顶点处的切向拉应力为；（7）在膨胀压力作用下，等效椭圆孔周围岩体内的裂纹最先在切向拉应力最大点即椭圆长轴两顶点位置萌生，即被破碎岩体的起裂点位于椭圆孔长轴的两顶点处；（8）随着胀裂剂不断反应，提供的膨胀压力越来越大，最初在长轴两顶点处萌生的裂纹在环向拉伸应力作用下不断扩张，逐渐加大加深，直至岩体沿等效椭圆孔长轴方向完全破裂；孔周围已产生的裂隙起到卸压作用，在已产生裂隙卸压作用下，孔周围将不再产生其他的裂隙，后续随着膨胀压力逐渐增大，只能使已有裂隙不断扩张开裂，即等效椭圆长轴方向就是岩体断裂方向，实现定向破岩；（9）当被破碎岩体较大需要沿一条直线开裂时，根据被破碎岩体的坚硬程度，间隔适当距离设置多个等效椭圆形钻孔，所有等效椭圆形孔的长轴方向一致且在同一条直线上，在孔内装填胀裂剂实现定向破岩；（10）当被破碎岩体范围较大或需要切割规则岩块时，设置多排等效椭圆孔，实现等效椭圆孔设置定向破岩。