[發明專利]一種利用氣體膨脹破碎軟巖的破巖裝備及破巖方法

在審

• 申請號: 202211310964.7
• 申請日: 2022-10-25
• 公開（公告）號: CN115522591A
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 尹崧宇;馮晨;孫守勝;張鳳錕;李艷玲;郭喜亮;楊正軍;李章超;鄭選斌;郭志勇;陳浩;趙強
• 申請（專利權）人: 中交天津航道局有限公司
• 主分類號: E02F5/30
• 分類號: E02F5/30;E02F9/06
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 張倩

本發明公開了一種利用氣體膨脹破碎軟巖的破巖裝備及破巖方法，包括船體、氣體發生裝置和軟巖破裂機具，氣體發生裝置設置于船首甲板下方，氣體發生裝置通過氣體輸送通道與軟巖破裂機具相連，氣體輸送通道裝設在橋架上，軟巖破裂機具設置在橋架下端，橋架用于帶動軟巖破裂機具移動；軟巖破裂機具包括聯動系統、巖體破裂系統和氣體膨脹系統，聯動系統的一側與橋架可轉動連接，聯動系統內設置有可上下運動的回轉機構，回轉機構與巖體破裂系統相連，氣體膨脹系統與巖體破裂系統相連。本發明利于水下軟巖類底床疏浚施工，利用氣體相態改變產生沖擊力促使巖石裂紋擴展進行破巖，對疏浚施工環保要求的適用性良好，為軟巖床疏浚提供了新思路。

技術領域

本發明涉及疏浚工程軟巖挖掘施工技術領域，特別是涉及一種利用氣體膨脹破碎軟巖的破巖裝備及破巖方法。

背景技術

在大型疏浚工程領域，對于淤泥和沙質底床的疏浚，目前已經有比較成熟的工藝。但對于頁巖、泥巖等軟巖類底床，疏浚工藝尚不完善，通常情況下，先采用水下爆破的方式先行破碎巖石，再采用專業船舶進行疏浚施工。然而，隨著國內外環保意識的持續加強，水下爆破技術的應用范圍不斷縮小，針對巖石類底床的疏浚工藝亟待創新。

巖石是一種含有裂紋、裂隙等多種細觀缺陷的混合物質，其破壞過程包括彈性階段和塑性階段。在外力作用下，巖石會產生變形，根據能量守恒原理，外力所做的功將轉換為一種能量，儲存在巖石內部，這種能量稱為應變能，而單位體積內的應變能則稱為應變能密度。根據第四強度理論，當巖石內應變能密度大于臨界值時，其內部裂紋、裂隙將產生不可逆的演化，使巖石強度降低。

發明內容

為了解決現有技術存在的問題，本發明提供了一種利用氣體膨脹破碎軟巖的破巖裝備及破巖方法，該裝備以常規的環保絞吸船為模型，通過橋架移動帶動軟巖破裂機具移動，使軟巖破裂機具能夠對巖體進行垂向加壓，結合軟巖破裂機具自身的回轉功能，實現對水下巖土的開孔；在開孔完成后，該裝備通過氣體發生裝置將膨脹性氣體輸送至軟巖破裂機具內，并通過機具將氣體注入巖體內部；氣體注入巖土的過程中，相態發生改變，產生沖擊能，促使巖石內部裂紋擴展，引起巖體強度降低。該裝備適用于水下破碎頁巖、泥巖等較軟巖床。

本發明是這樣實現的，一種利用氣體膨脹破碎軟巖的破巖裝備，包括船體、氣體發生裝置和軟巖破裂機具，所述船體包括鋼樁和橋架，所述鋼樁用于實現船體定位，所述氣體發生裝置設置于船首甲板下方，所述氣體發生裝置通過氣體輸送通道與軟巖破裂機具相連，所述氣體輸送通道裝設在橋架上，所述軟巖破裂機具設置在橋架下端，所述橋架用于帶動軟巖破裂機具移動；

所述軟巖破裂機具包括聯動系統、巖體破裂系統和氣體膨脹系統，所述聯動系統的一側與橋架可轉動連接，所述聯動系統內設置有可上下運動的回轉機構，所述回轉機構與巖體破裂系統相連，用于帶動巖體破裂系統做沖擊回轉鉆進運動，所述氣體膨脹系統與巖體破裂系統相連，用于向巖體破裂系統輸送膨脹性氣體。

優選的，所述巖體破裂系統包括鉆桿、鉆頭、傳壓塊，所述鉆桿頂端密封，所述鉆桿與回轉機構相連，所述回轉機構帶動鉆桿旋轉，所述鉆桿底部與鉆頭螺紋相連，所述鉆桿和鉆頭內部設置有高壓氣體通道，所述鉆頭內部底端設置有具有控溫保壓功能的爆裂片及泄氣孔，所述傳壓塊與鉆桿相連，所述傳壓塊頂部與回轉機構接觸連接。

進一步優選的，所述鉆桿包括上部鉆桿和下部鉆桿，所述上部鉆桿和下部鉆桿通過螺紋連接，且在連接處設置密封裝置。

優選的，所述氣體膨脹系統包括高壓氣體發生裝置和熱源輸送裝置，所述高壓氣體發生裝置與聯動系統上部相連，所述高壓氣體發生裝置與巖體破裂系統的鉆桿上部相連，且高壓氣體發生裝置內部可使鉆桿隨動旋轉，所述高壓氣體發生裝置上設置有配氣孔，所述配氣孔與氣體輸送通道相連，用于將氣體發生裝置內的氣體輸送至巖體破裂系統的高壓氣體通道內；所述熱源輸送裝置置于巖體破裂系統的傳壓塊內，所述熱源輸送裝置內設置有可將其彈出至高壓氣體通道對高壓氣體通道進行封堵的彈卡機構，所述熱源輸送裝置可卡接在高壓氣體通道的卡槽內，使位于上方的高壓氣體通道內為穩定室，位于下方的高壓氣體通道內為發射室。