[发明专利]利用交变拉应力使岩石裂纹扩展断裂制备平板石材的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩石无切削分离技术，具体涉及利用交变拉应力使岩石裂纹扩展断裂制备平板石材的方法，该方法适用于岩体的分离，分离后可形成面积很大平板石材。

背景技术

申请人在2007年申请的中国发明专利，一种利用岩石裂纹持续扩展断裂制备平板石材的方法，专利号为200710028630.x，该申请已获得授权。该专利方法包括如下步骤：（1）岩体选取和初步加工：选取天然裂纹不发育，适于用作石材的岩体，在岩体顶面加工成初步平面；（2）岩体内裂纹槽的形成：在步骤（1）形成的平面上，根据岩体硬度，在平面的中央确定一个近似长方形区域，长方形的各条边到岩体边缘的距离为5～30米；在长方形的四条边按照间距4～8米加工一系列孔，在长方形的宽度方向或长度方向，每隔20～30米增设一排孔；在长方形的四个角的区域内增设2～5个孔，用作起裂区；根据要取岩体厚度，在同一深度岩体的水平面上，通过施工的孔将长方形四条边上以及起裂区上相邻的孔连通，加工形成裂纹槽，长方形内宽度或长度方向增设的孔在同一深度水平面相邻将孔连通，并与四边的裂纹槽连通；（3）岩体内裂纹槽持续扩展：每个起裂区中一个或者多个步骤（2）形成的孔接上液压系统，封闭其他孔，裂纹槽充满液体后，用压力可达150×10⁶Pa的液压系统给裂纹槽施加压力，岩体内裂纹槽持续扩展断裂，形成平整面。

该方法通过在岩体内人为形成裂纹槽，并通过裂纹槽周边裂纹的持续扩展，能制备上万平方米的断裂面，而现有技术使裂纹扩展形成贯通裂缝的方法，包括打眼劈楔法，膨胀剂静态爆破法、金属燃烧剂爆破法和高压水破岩法，都只采用一排孔壁上的裂纹源，该裂纹源的长度为孔壁的深度，只能制备小面积的断裂面，其面积一般小于100平方米。该专利方法具有水平断裂面积越大，平均单位面积的制作费用越低的优点，单位断裂面积的制作费用可以大幅度下降，相对于现有技术的绳锯法和连续炮眼法在岩体上制作水平分离面，有巨大的成本优势。该方法提供了一种相对廉价提取岩石毛坯的有益方法，提取的平板岩石分隔成石材还可直接应用于大型水坝和工程，也可对分割成的平板石材进行进一步深加工，形成各种优质建材。

该专利方法在上述方法上还提出一个改进方法，在上述步骤（2）中还包括在长方形的中心以及在外侧距离每条边中心5～10m处形成交变拉应力孔，在孔中底部处设置交变拉应力发生器，施加交变拉应力，变拉应力发生器环形槽平分面与裂纹槽在同一水平面。交变拉应力发生器的环形槽的平分面在预定断裂面上，通过与交变拉应力发生器连接的液压系统输送液体，并使被密封在环形槽的液体压力交变，使岩体产生与裂纹槽平行的交变拉应力。但是该改进型的方法有三个必不可少的技术特征：一是岩体内部长的裂纹源，二是应用水压致裂法；三是应用振动致裂法。该方法是在闭合裂纹外加装交变拉应力发生器，由交变拉应力发生器使岩石产生水平交变拉应力，裂纹扩展是在裂纹内水压上升和交变拉应力共同作用下起裂的。但是该改进型方法是在水压致裂法基础上实施的，裂纹源的扩展形成过程中始终存在高压水的压力，而为了维持裂纹源中的高压水压力，对岩石内部的自然裂纹发育程度有非常高的要求，这在一定程度上影响了专利号为200710028630.x的技术方案的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种加工费用低，石材厚度相对较薄，适用岩体相对较广，不需要将裂纹槽密封，不需高压水持续作用的利用交变拉应力使岩石裂纹扩展断裂制备平板石材的方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

利用交变拉应力使岩石裂纹扩展断裂制备平板石材的方法，包括如下步骤：

（1）岩体选取和初步加工：选取适于用作石材的岩体，在岩体顶面加工成初步平面；

（2）施工孔的形成：在步骤（1）形成的平面上，根据岩体硬度，在平面的中央确定一个近似长方形区域，长方形的各条边到岩体边缘的距离为5～30米，长方形四边形成闭合的外圈线；在该闭合外圈线内的横向或纵向，每隔20～30米划出一条增设线；若闭合外圈线内的横向或纵向以及增设线的长度超过60米，在该线的中点设置一个直径为0.5‐0.8米的垂直交汇施工孔；在同一深度岩体的水平面上，在外圈线和增设线的下方用直径为0.08‐0.11米孔径凿岩机形成贯通的水平施工孔（裂纹槽基形孔）；垂直交汇施工孔通过钻机施工；