鉆孔劈裂器破巖技術及其應用分析

張帆 陸天明 張碩 席海躍 史玉廷

中國建筑第八工程局有限公司東北分公司 遼寧大連 116000

因巖石抗拉強度低于抗壓強度，因此運用張力來進行巖石破碎，能有效降低在進行劈巖作業時產生的能量消耗，同時還能進一步強化劈巖工作效率，在這樣的背景下，鉆孔劈裂器因此被研發出來。鉆孔劈裂器破巖技術就是在采礦工程、土木工程等相關工程中應用比較常見的破巖方式，其具有比較先進的應用原理，所以被相關人士稱為是當前具有廣闊發展前景的一種非爆破技術。

1 鉆孔劈裂器破巖裝置種類

1.1 徑向劈裂器

其一，關于靜態徑向劈裂器，是出現比較早的一種鉆孔劈裂器破巖裝置，就該裝置的組成來看，其主要是由動力供給系統、控制組建、液壓管路等構成的，該裝置在工作狀態時，通過泵站將高壓油提供給系統，然后再經過控制組件、液壓管路，以此來進入液壓缸中的無桿腔中，之后采取相應動作促使其中的活塞朝下進行運動，以此促使中間部分的楔子能夠因此繼續向下進行移動，這樣做的目的在于讓楔子兩側翼片處于擴張狀態，然后促使原本為縱向推力逐步轉變為橫向的劈裂力，使其將作用傾向于孔壁位置[1]。在作用過程中，若劈裂力超出一定數值情況下，巖石也就會隨之開裂。從整體上來看，這種類型的劈裂器為手持使用，結構相對比較簡單，便于攜帶，但其中也有一定缺陷之處，例如破巖效率有待進一步提升，在實際作業時需要至少兩個自由面等等。

其二，對于動態徑向劈裂器，對于該種類型的劈裂器是基于靜態劈裂器進行研發的，主要有楔型組件、液壓錘組合而成，其中液壓錘通過外接油壓系統進行相應控制，能夠為實際作業提供其需要的各種加速速率，在工作原理上，與上述靜態劈裂存在很大的相似之處，不同之處在于動態劈裂器重的楔塊組件中楔子不是由液壓缸進行驅動的，而是通過液壓沖擊錘本身的沖擊來實現驅動。將動態和靜態兩種劈裂器進行比較之下，前者破巖能力有了很大的改善，但因其中的配件相對比較多，在攜帶上有很大的不便，這也就使得其使用范圍受到限制。

1.2 軸向-徑向劈裂器

因上述徑向劈裂器在破巖時需要至少兩個自由面才能開展作業，這也就對地下采礦、隧道工程破巖作業帶來一項限制，而通過軸向-徑向劈裂器很好的改善徑向劈裂器中存在的不足之處，這種劈裂器在使用過程中，可采用單自由面進行破巖作業，同時對鉆孔位置以及孔網參數方面的要求相對比較低，是進行地下采礦作業和隧道開挖作業中應用高效率的裝置。

1.3 孔內柱式劈裂器

這種類型的劈裂器是當前一種新型的破巖裝置設備，是一位美國設計師所設計，該裝置在工作過程中，首先需要將劈裂頭部位置安裝在鉆孔中，然后朝向劈裂頭進行壓力油供應，這時候壓力柱頭就會朝向外部伸出，從而作用于孔壁。但在實際應用中，因該劈裂器作用力不需要楔形裝置進行相應的轉換，行程上相對比較大，進一步強化能量在其中的利用率，除此之外，該種類型劈裂器不僅僅能夠多個孔串聯，同時也可多個孔并聯使用，進一步強化了劈裂成效。

1.4 液壓劈裂機

關于液壓劈裂機，其在工作過程中，首先要做的就是進行打孔作業，然后將劈裂器轉動到相應的鉆孔所處位置，完成上述準備工作后即可進行破巖作業[2]。這種機器在使用中，因其本身就具備鉆孔機械和劈裂裝置，因此在實際作業過程中，可通過換位機構的方式來實現鉆孔與劈裂兩者之間的交叉作業，具有非常強的機械化程度，自動化程度也比較強，因此大多適用于大型的露天礦山、地下礦山等一些破巖作業中，對提升破巖工作效率有積極性應用意義。

2 鉆孔劈裂器破巖技術的應用

本文所講的鉆孔劈裂器破巖技術，可將其簡單成為是RDS工藝，本質上屬于沒有污染的一種生態環保技術，可運用單個劈裂器開展相應作業，也可食用多個劈裂器組合進行作業。當前該技術應用比較廣泛的是礦巖開挖、隧道掘進等一些礦山施工作業中，還可將其用于建筑物拆除、國防等相關領域中的巖體開挖和破碎方面的施工作業中。除以上之外，將該技術與其他類型的破巖技術組合起來共同應用，以此來構建一種更加高效的非爆破性的綜合破巖技術，關于綜合破巖技術主要有以下幾方面的內容：其一，將掌子面以掘進暴露面展示出來，然后進行地壓釋放[3]；其二，通過運用RDS技術，促使掌子面形成裂隙網絡狀態；其三，通過液壓錘將其中處于分離狀態下的巖體破碎成所要求的相關塊度，這樣做的目的在便于清除外運。

關于當前進行掌子面上礦山地壓釋放，所使用的最優化方案為RDS+HB方案，例如意大利國家在進行公路隧道和西西里島地鐵線掘進作業時，就是通過運用德國的一個Krupp公司所生產的一種液壓錘開展相關施工作業；再例如加大那國家在進行馬尼托巴州試驗隧道時，采用德國Porsfeld公司所生產的液壓劈裂器開展掘進作用，以上隧道經驗都證實了RDS+HB方案具有很好的應用優勢，在掘進整體性相對比較完好，且非常堅硬的巖層掘進施工作業過程中，若僅使用液壓錘進行巖體沖擊破碎施工，是無法切實提升作業效率，因此將RDS技術應用其中，促使巖體處于裂隙網絡狀態下，然后借助液壓錘本身的沖擊力來進行破巖，效率明顯比不適用RDS技術要提升四倍至八倍。據相關實驗表明，巖體狀態越完整、強度越大的情況下，最終破巖的工作效率也會越高。

3 結語

綜上，從整體上來講，當前鉆孔劈裂器破巖技術不論是在技術上、應用性能上，還是存在很多不足之處需要進一步改進，因此這就要求相關工作人員加大對鉆孔劈裂機的設計水平，并對其在實際應用中進行相應指導，以此來進一步提升其在實際破巖作業中的應用效率。