钻裂一体机在露天采石场的应用

钻裂一体机在露天采石场的应用

成印震

天津矿山工程有限公司

摘要：露天矿山施工过程中，钻裂一体机具有成本低、安全系数高、环保收尘等优越性，可以很好地解决大块矿石二次处理和边坡三角体等日常生产问题。

关键字：露天矿山 钻裂一体机 边坡三角体 大块矿石

一、引言

近年来，随着各项技术的不断发展，一种新型产品——钻裂一体机正渐渐进入露天矿山开采应用。该技术具有传统方式无可比拟的高效率，且使用成本低、操作简便，更具备安全可靠的优点，是一种理想的露天矿山施工机械设备。

二、岩石解体原理

了解受力作用下岩石的各项特征变化规律，是掌握岩石解体原理和进行正确选用设备的基础。大多数岩石在实验条件下，得出岩石的应力—应变曲线。岩石的应力—应变曲线，表征了岩石从开始受力，到最终失去承载能力；从发生变形，到最终完全破坏的整个变化过程。根据岩石的变形特点，岩石的应力—应变曲线可分为6个阶段，各阶段的特征和所反映的物理意义分别如下：

(1)OA段，弹性变形阶段。本阶段变性特点：随着应力缓慢增加，曲线朝上凹，岩石试件内裂隙逐渐被压缩闭合而产生非线性变形，卸载后全部恢复。

(2) AB段，线弹性变形阶段。本阶段变性特点：曲线接近直线，应力应变属线性关系，卸载后可完全恢复。

(3)BC段，曲线偏离线性，出现塑性变形阶段。本阶段变性特点：自B点开始，试件内部开始出现平行于最大主应力方向的微裂隙。随应力增大，数量增多，表征着岩石的破坏已经开始。

(4)CD段，岩石内部裂纹形成速度增快，密度加大，D点应力到达峰值，到达岩石最大承载能力。

(5)DE段，应变继续增大，岩石承载力降低，表现出应变软化特征。此阶段内岩石的微裂隙逐渐贯通。

(6)残余强度阶段，强度不再降低，变形却不断增大。

三、钻裂一体机

3.1钻裂一体机工作原理

矿山岩石钻裂一体机由分裂机和液压凿岩机构成。

利用岩石的抗压强度高、抗拉强度低的特性，运用楔形块组的力学原理。其主要的工作原理是楔器放大原理。通过以液压高压油为能量源达到使岩石分裂的效果。其具体实施步骤如下：首先，根据实际施工的需要，在被分裂的岩石上利用凿岩机，钻凿一个特定直径和深度的孔，然后，将分裂机的楔块组（一个中间楔块和两个反向楔块）插入孔中，中间楔块通过液压压力的作用在两个反向楔块之间向前运动，由内向外释放出大的能量，将被分裂的物体在几秒钟之内按预定方向裂开。

3.2钻裂一体机特点

1.功能多样：钻裂一体机可实现一机多用，既可利用凿岩机钻孔，也可利用劈裂机分裂岩石。钻裂机头拆卸之后，也可还原成挖掘机进行挖掘作业。

2.安全性能：钻裂一体机进行岩石劈裂作业时，具有震动小、噪音低、扬尘少等特点，安装在挖掘机上，在驾驶室内进行操作，减少了施工人员的操作风险，提高施工的安全性的同时优化了操作人员的作业环境。同时在静态液压环境下可控性的工作，因此，不会像爆破和其他冲击性拆除、凿岩设备那样，产生一些危险隐患，无需采取复杂的安全措施。

3.可操作性：挖掘机自带的履带行走结构，可以应对各种泥泞不平整路面。将凿岩机与劈裂机同时安装在挖掘机上，岩石钻孔和石块劈裂工作都可以在驾驶室进行操作。实现钻孔和劈裂机在一台机器上交替作业，省去操作多台设备的时间，提高了施工效率。

4.环保性：钻裂一体机不受温度和场地限制，自带集尘系统，工作时不会产生震动、冲击、噪音、粉尘、飞屑等危害，周围环境不会受到影响，即使在人口稠密的地区或者精密设备旁，都可无干扰地工作。

四、应用前景：

4.1解决大块矿石二次处理

为满足生产设备的尺寸要求，往往需要对一些大块进行二次处理。大块二次处理一直都是露天矿山开采过程中需要解决的问题。现行的常用处理大块的方式有：1.炸药二次爆破法2.挖掘机设备搭配液压破碎锤处理(简称破碎锤)。

上述两种方式中，应用炸药进行二次处理的方式，因爆破飞石、爆破粉尘等爆破危害难以控制，现阶段已明令禁止。利用破碎锤处理的方式，原理是通过外力冲击作用来破碎物体结构，采用破碎锤处理大块，实际施工面临以下几个不足：①危险系数高。破碎过程需操作人员掌握破碎冲击角度，以防随机产生的石屑伤人；需在操作设备上设置防飞石挡网，保护操作人员安全；②投入成本大。大块二次处理受施工条件的限制，需将大块完全剥离爆堆；面对尺寸较大、硬度较大的岩石，需换大吨位破碎锤，设备投入大。

4.2解决边坡三角体

实际施工过程中，因矿山原始地形原因，在矿山降段过程中，矿山因高度受限所遗留的边坡三角体，是矿山实际生产过程中，所必须解决的问题。现行的常用处理边坡三角体的方式有：1.炸药爆破法2.挖掘机设备搭配液压破碎锤处理(简称破碎锤)。

上述两种方式中，应用炸药进行处理的方式，因边坡三角体四周临空，高度较高，穿孔机械设备无法利用传统中深孔爆破方式处理。仅能在该区域下部，穿孔施工倾斜角度的倾斜孔，同时加密孔距，加大炸药单耗，从而处理边坡三角体。该施工方案的优点：较好的处理该边坡三角体，保证后期施工工作；不足：①该方案受钻孔施工人员操作水平影响大，须严格把控穿孔深度，以防钻孔底部抵抗线过小，造成冲孔，产生爆破飞石。②该方案将需要较大的单段起爆药量，产生较大的爆破振动，易对周围设施造成影响。③该方案爆破飞石、爆破粉尘等爆破危害难以控制，需加大爆破警戒范围，加强技术控制措施。④该方案需采用较大的炸药单耗，所投入的火工耗材成本大。

钻裂一体机利用矿石物料的抗压强度远远大于抗拉强度和抗剪强度的特性，从内部完成大块矿石物料破坏的目的，利用液压对岩石进行胀裂开，无震动和声响的劈裂破碎岩石。是一种理想的解决边坡三角体矿岩的方式。

五、总结：

露天矿山施工过程中，边坡三角体的处理和大块矿岩的二次处理是矿山开采需要解决的日常生产问题。

大块矿岩的二次处理，往往采用破碎锤敲凿，不仅效率低，而且危险性高，安全环保问题严重。边坡三角体的处理，往往采用穿孔施工倾斜角度的倾斜孔，同时加密孔距，加大炸药单耗，不仅爆破危害大，而且各项技术措施要求高，所需成本大。

钻裂一体机用于边坡三角体的处理和大块矿岩的二次处理，成本低、安全系数高、自带环保收尘，可以很好地解决石材二次处理和边坡三角体等日常生产问题。由于岩石的抗拉强大小于抗压强度，因此，从岩石内部劈裂大块岩石，是符合岩石破坏性实验经济效果的途径。钻裂一体机施工，具有操作简单、安全可靠、成本低、效率高、工作时不会产生震动、冲击、噪音、粉尘、飞屑等危害，周围环境不会受到影响，即使在人口稠密的地区或者精密设备旁，都可无干扰地工作等特点，事实证明，该施工方法是一种解决石材二次处理和边坡三角体等日常生产问题地理想方法。

钻裂一体机工作时，摩擦阻力的影响是不可避免的。摩擦阻力将显著地减小楔形劈裂力，降低摩擦阻力是提高劈裂性能的主要途径。

作者简介：成印震，1996年8月，男，汉族，山东省滨州市人

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