钻孔劈裂器破岩技术及其应用分析

张帆 陆天明 张硕 席海跃 史玉廷

中国建筑第八工程局有限公司东北分公司 辽宁大连 116000

因岩石抗拉强度低于抗压强度，因此运用张力来进行岩石破碎，能有效降低在进行劈岩作业时产生的能量消耗，同时还能进一步强化劈岩工作效率，在这样的背景下，钻孔劈裂器因此被研发出来。钻孔劈裂器破岩技术就是在采矿工程、土木工程等相关工程中应用比较常见的破岩方式，其具有比较先进的应用原理，所以被相关人士称为是当前具有广阔发展前景的一种非爆破技术。

1 钻孔劈裂器破岩装置种类

1.1 径向劈裂器

其一，关于静态径向劈裂器，是出现比较早的一种钻孔劈裂器破岩装置，就该装置的组成来看，其主要是由动力供给系统、控制组建、液压管路等构成的，该装置在工作状态时，通过泵站将高压油提供给系统，然后再经过控制组件、液压管路，以此来进入液压缸中的无杆腔中，之后采取相应动作促使其中的活塞朝下进行运动，以此促使中间部分的楔子能够因此继续向下进行移动，这样做的目的在于让楔子两侧翼片处于扩张状态，然后促使原本为纵向推力逐步转变为横向的劈裂力，使其将作用倾向于孔壁位置[1]。在作用过程中，若劈裂力超出一定数值情况下，岩石也就会随之开裂。从整体上来看，这种类型的劈裂器为手持使用，结构相对比较简单，便于携带，但其中也有一定缺陷之处，例如破岩效率有待进一步提升，在实际作业时需要至少两个自由面等等。

其二，对于动态径向劈裂器，对于该种类型的劈裂器是基于静态劈裂器进行研发的，主要有楔型组件、液压锤组合而成，其中液压锤通过外接油压系统进行相应控制，能够为实际作业提供其需要的各种加速速率，在工作原理上，与上述静态劈裂存在很大的相似之处，不同之处在于动态劈裂器重的楔块组件中楔子不是由液压缸进行驱动的，而是通过液压冲击锤本身的冲击来实现驱动。将动态和静态两种劈裂器进行比较之下，前者破岩能力有了很大的改善，但因其中的配件相对比较多，在携带上有很大的不便，这也就使得其使用范围受到限制。

1.2 轴向-径向劈裂器

因上述径向劈裂器在破岩时需要至少两个自由面才能开展作业，这也就对地下采矿、隧道工程破岩作业带来一项限制，而通过轴向-径向劈裂器很好的改善径向劈裂器中存在的不足之处，这种劈裂器在使用过程中，可采用单自由面进行破岩作业，同时对钻孔位置以及孔网参数方面的要求相对比较低，是进行地下采矿作业和隧道开挖作业中应用高效率的装置。

1.3 孔内柱式劈裂器

这种类型的劈裂器是当前一种新型的破岩装置设备，是一位美国设计师所设计，该装置在工作过程中，首先需要将劈裂头部位置安装在钻孔中，然后朝向劈裂头进行压力油供应，这时候压力柱头就会朝向外部伸出，从而作用于孔壁。但在实际应用中，因该劈裂器作用力不需要楔形装置进行相应的转换，行程上相对比较大，进一步强化能量在其中的利用率，除此之外，该种类型劈裂器不仅仅能够多个孔串联，同时也可多个孔并联使用，进一步强化了劈裂成效。

1.4 液压劈裂机

关于液压劈裂机，其在工作过程中，首先要做的就是进行打孔作业，然后将劈裂器转动到相应的钻孔所处位置，完成上述准备工作后即可进行破岩作业[2]。这种机器在使用中，因其本身就具备钻孔机械和劈裂装置，因此在实际作业过程中，可通过换位机构的方式来实现钻孔与劈裂两者之间的交叉作业，具有非常强的机械化程度，自动化程度也比较强，因此大多适用于大型的露天矿山、地下矿山等一些破岩作业中，对提升破岩工作效率有积极性应用意义。

2 钻孔劈裂器破岩技术的应用

本文所讲的钻孔劈裂器破岩技术，可将其简单成为是RDS工艺，本质上属于没有污染的一种生态环保技术，可运用单个劈裂器开展相应作业，也可食用多个劈裂器组合进行作业。当前该技术应用比较广泛的是矿岩开挖、隧道掘进等一些矿山施工作业中，还可将其用于建筑物拆除、国防等相关领域中的岩体开挖和破碎方面的施工作业中。除以上之外，将该技术与其他类型的破岩技术组合起来共同应用，以此来构建一种更加高效的非爆破性的综合破岩技术，关于综合破岩技术主要有以下几方面的内容：其一，将掌子面以掘进暴露面展示出来，然后进行地压释放[3]；其二，通过运用RDS技术，促使掌子面形成裂隙网络状态；其三，通过液压锤将其中处于分离状态下的岩体破碎成所要求的相关块度，这样做的目的在便于清除外运。

关于当前进行掌子面上矿山地压释放，所使用的最优化方案为RDS+HB方案，例如意大利国家在进行公路隧道和西西里岛地铁线掘进作业时，就是通过运用德国的一个Krupp公司所生产的一种液压锤开展相关施工作业；再例如加大那国家在进行马尼托巴州试验隧道时，采用德国Porsfeld公司所生产的液压劈裂器开展掘进作用，以上隧道经验都证实了RDS+HB方案具有很好的应用优势，在掘进整体性相对比较完好，且非常坚硬的岩层掘进施工作业过程中，若仅使用液压锤进行岩体冲击破碎施工，是无法切实提升作业效率，因此将RDS技术应用其中，促使岩体处于裂隙网络状态下，然后借助液压锤本身的冲击力来进行破岩，效率明显比不适用RDS技术要提升四倍至八倍。据相关实验表明，岩体状态越完整、强度越大的情况下，最终破岩的工作效率也会越高。

3 结语

综上，从整体上来讲，当前钻孔劈裂器破岩技术不论是在技术上、应用性能上，还是存在很多不足之处需要进一步改进，因此这就要求相关工作人员加大对钻孔劈裂机的设计水平，并对其在实际应用中进行相应指导，以此来进一步提升其在实际破岩作业中的应用效率。