[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

摘要

本发明公开了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。该方法先选取适于用作石材的岩体，在岩体顶面加工成初步平面；然后岩体内一水平面上形成四边形的裂纹槽和四边形内的增设裂纹槽，在裂纹槽相交的区域形成起裂区，在预定断面设置一系列交变拉应力孔，交变拉应力孔之间的间距为10-30m；在交变拉应力孔内设置交变拉应力发生器，闭合裂纹在水平的交变拉应力作用下持续扩张，断裂，形成平整的水平断裂面。本发明用于大量开采岩石分离工序，形成分离体是面积很大的平板石材，把平板石材分割成不同用途的大型石材，石材成本低，本发明相对于现有技术具有石材应用范围广和成本优势。

主权项

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，其特征在于包括如下步骤：（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的裂纹槽基形孔；垂直交汇施工孔通过钻机施工；（3）岩体内裂纹槽的形成：将直径为8.6‐11.5mm的金刚石串珠绳穿过基形孔以及垂直交汇孔，切割同一深度岩体水平面基形孔两侧的裂纹槽，裂纹槽呈弧形，基形孔口处的裂纹槽最深，为4‐8米；裂纹槽最浅处小于0.1米，基形孔孔口区域为起裂区；垂直交汇孔孔壁在同一深度岩体水平面上用圆盘锯机形成深度为8‐15厘米的环形槽，将孔壁上的裂纹槽接通，基形孔孔壁裂纹槽宽度为8.6‐11.5mm；（4）交变拉应力孔的形成：在闭合外圈线的外侧距离闭合外圈线3‐10m处设置一系列交变拉应力孔，交变拉应力孔之间的间距为3‐15m；在各个闭合裂纹槽内，距离每个角裂纹槽3‐5米形成2‐3个交变拉应力孔，再按每100平方米形成1‐4个交变拉应力孔；（5）岩体内裂纹槽持续扩展：在交变拉应力孔内设置交变拉应力发生器，交变拉应力发生器与由管道与输出交变压力的液压系统连接，交变拉应力发生器的排气管，端部设置开关；交变拉应力发生器上下两端各设置分隔器，两分隔器之间设置一个外径可膨胀的弹性套，把液体密封在交变拉应力发生器内；交变拉应力发生器的环形槽的平分面处在预定断裂面上，液压系统最大输出压力应低于交变拉应力孔岩石的抗拉强度，交变频率取1～10Hz；交变拉应力发生器环形槽内液体压力交变，并通过弹性套作用在交变拉应力孔的孔壁上，使得孔壁产生平行于预定断裂面的交变拉应力，该交变拉应力传到裂纹尖端时，在裂纹尖端产生垂直于预定断裂面的交变拉应力；裂纹尖端在垂直于预定断裂面的交变拉应力作用下起裂，裂纹扩展方向在预定断裂面上，闭合裂纹在水平的交变拉应力作用下持续扩张，断裂，形成平整的水平断裂面。