專利名稱：利用水下巖石中大鉆孔的破碎方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用水下巖石中的大鉆孔通過(guò)懸掛在碎石船動(dòng)臂式起重機(jī)上的落錘來(lái)產(chǎn)生破碎的破碎方法，特別是一種利用水下巖石中的大鉆孔的破碎方法，其中多個(gè)大鉆孔在水下巖石中是以預(yù)定間隔來(lái)打鉆的，通過(guò)鉆好的鉆孔形成了多個(gè)自由表面，大的落錘給鉆孔的自由表面一擊，由于破碎鉆孔的自由表面從而破碎效果得以提高。
背景技術(shù)：
在水下的橋結(jié)構(gòu)的橋墩地基，用于特定目的的海上結(jié)構(gòu)的建造，大型船只的航道開發(fā)，大型船只的泊位建設(shè)中，水底航道處的巖石將被清除，這樣該處被整平，才能開始主要的建設(shè)。
通常，在巖石突起的清除作業(yè)中，要在巖石上進(jìn)行打鉆，并在鉆孔中填充炸藥。然后進(jìn)行爆破作業(yè)。然而，當(dāng)爆破失敗后，或這些結(jié)構(gòu)接近爆破現(xiàn)場(chǎng)，或爆破后產(chǎn)生巨石，以至于在此爆破作業(yè)不可能時(shí)，可以對(duì)巖石進(jìn)行多次沖擊使之破碎從而清除巖石的突起。
在傳統(tǒng)的利用沖擊的碎石作業(yè)中，具有動(dòng)臂式起重機(jī)的碎石船移動(dòng)到被破碎巖石的上方。船的錨被沉在遠(yuǎn)離船體預(yù)定距離的巖石上，碎石船停止移動(dòng)。纏繞在鼓輪上的動(dòng)臂式起重機(jī)的起重鋼索下面懸掛的5～50噸重的落錘被提升到預(yù)定高度(破碎目標(biāo)點(diǎn)上方15米)。落錘自由下落以破碎巖石。重復(fù)上述過(guò)程。
利用破碎落錘進(jìn)行的破碎方法與爆破作業(yè)相比具有更小的噪音、更小的振動(dòng)沖擊波和更少分散的碎石。因此，該破碎方法被用在爆破作業(yè)困難的地方，如在淺海的條件下在接近目標(biāo)巖石的地方存在重要的結(jié)構(gòu)如輸氣管道、橋梁等，以及在已有爆破點(diǎn)爆破失敗的地方。
然而，利用傳統(tǒng)的破碎方法，由于被破碎的巖石是一個(gè)單一體，沖擊能被分散到整個(gè)巖石部分，用重復(fù)的沖擊(如超過(guò)7次)來(lái)破碎巖石很難。破碎速度非常低，最終導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益低下的問(wèn)題，需要大量的時(shí)間和投資。
此外，被破碎巖石的目標(biāo)點(diǎn)由肉眼確定，不可能給目標(biāo)點(diǎn)精確地沖擊。這會(huì)導(dǎo)致低的沖擊效應(yīng)，并帶來(lái)不經(jīng)濟(jì)的問(wèn)題如建設(shè)速度和成本的增加。
另一方面，當(dāng)在水下通道中通過(guò)已有技術(shù)的落錘來(lái)破碎鉆孔巖石時(shí)，鉆孔操作都是小于75毫米的鉆孔，另外在鉆孔周圍形成的自由表面由于鉆孔的尺寸具有有限的范圍。不能產(chǎn)生比已有鉆孔尺寸更大的自由表面。
因此，為了破碎巖石，目標(biāo)的落錘沖擊需要大于7次，這意味著水下的巖石破碎工作不容易。在建設(shè)期間會(huì)發(fā)生效率低下的問(wèn)題并且破碎巖石的成本將增加。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決水下巖石已有巖石破碎方法效率低下的問(wèn)題，即利用懸掛在碎石船動(dòng)臂式起重機(jī)下面的落錘進(jìn)行破碎的方法，本申請(qǐng)人發(fā)明了下面的方法。在這種方法中，大鉆孔被鉆在水下巖石上以破碎巖石。本方法使用同一個(gè)申請(qǐng)人申請(qǐng)的發(fā)明。該發(fā)明涉及在水下巖石中使用具有差分全球定位系統(tǒng)接收器的鉆機(jī)及使用鉆機(jī)的鉆孔方法。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種利用水下巖石上的大鉆孔的破碎方法，其中在巖石上鉆有多個(gè)具有預(yù)定間隔的大鉆孔，在落錘工作前保留有自由表面。大的落錘給自由表面一擊，在被破碎鉆孔的自由表面之間產(chǎn)生張拉裂縫。增強(qiáng)了破碎效果。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種利用水下巖石上的大鉆孔的破碎方法，其中本發(fā)明把用于精確定位的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)(也就是差分全球定位系統(tǒng))引入到水下巖石的破碎作業(yè)中。被破碎巖石的目標(biāo)點(diǎn)被精確定位并給予沖擊，從而使得沖擊能的效率最高。
為了實(shí)現(xiàn)這些和那些目的，本發(fā)明的特征在于；利用水下巖石中的大鉆孔的破碎方法，其中設(shè)置有動(dòng)臂式起重機(jī)的碎石船移動(dòng)到被破碎巖石的上方，碎石船通過(guò)把錨沉在遠(yuǎn)離船體預(yù)定距離的水下巖石上而停止，纏繞在鼓輪上的動(dòng)臂式起重機(jī)的起重鋼索下面懸掛的落錘被提升到預(yù)定的高度，落錘自由下落以給被破碎巖石一擊，破碎方法包含下面的過(guò)程多個(gè)大鉆孔排列在被破碎巖石上，每個(gè)的直徑尺寸為100～300毫米，鉆孔深度為1～10米，在落錘工作前保留有自由表面；相鄰大鉆孔之間的中間點(diǎn)被設(shè)為破碎的目標(biāo)點(diǎn)；落錘被提升到垂直于被破碎的目標(biāo)點(diǎn)上方的位置并自由下落給被破碎巖石一擊；重復(fù)上面的過(guò)程。
另外，它的另一個(gè)特征在于首先以預(yù)定的間隔鉆大鉆孔；被破碎巖石的表層通過(guò)落錘的操作在預(yù)定的深度被破碎；停止破碎，在第一次鉆的大鉆孔之間進(jìn)行第二次或更多次的鉆孔作業(yè)；確保對(duì)應(yīng)于大鉆孔的多個(gè)自由表面；提供了針對(duì)深層的落錘操作。
另外，它的另一個(gè)特征在于在垂直提升落錘的動(dòng)臂式起重機(jī)動(dòng)臂的預(yù)定點(diǎn)上安裝有差分全球定位系統(tǒng)(DGPS)接收器，DGPS接收器從多個(gè)衛(wèi)星和參考站收集位置信息；利用DGPS接收器精確定位被破碎的目標(biāo)點(diǎn)；落錘移動(dòng)到垂直于被破碎目標(biāo)點(diǎn)上方的位置，被提升，然后自由下落以給被破碎巖石一擊。
根據(jù)本發(fā)明的特征，多個(gè)大鉆孔在被破碎巖石周圍形成多個(gè)自由表面，通過(guò)落錘的沖擊在鉆孔之間形成微裂紋。在上述的已有自由表面上建立另外的自由表面，進(jìn)行沖擊得到第二次破碎。根據(jù)本發(fā)明巖石可能被破碎3～5次，而在已有技術(shù)中，相同的巖石要被破碎超過(guò)7次。
因此，根據(jù)本發(fā)明，石頭破碎的工作速度非?？欤傮w上帶來(lái)了顯著的效果——建設(shè)能力和經(jīng)濟(jì)效益。


本發(fā)明上述的和其它的目的、特征以及其它優(yōu)點(diǎn)通過(guò)接下來(lái)的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖可以更加清晰的理解，其中附圖圖1是一幅側(cè)視圖，表明防護(hù)性的碎石船移向?qū)⒈黄扑榈膸r石位置，然后被錨定；圖2是根據(jù)本發(fā)明用于水下巖石的防護(hù)性破碎方法，具有大鉆孔的巖石橫截面；圖3是根據(jù)本發(fā)明在第一步和第二步進(jìn)行鉆孔的實(shí)施例；圖4是一幅平面圖，表明了根據(jù)本發(fā)明的大鉆孔的布置；和圖5示例了根據(jù)本發(fā)明通過(guò)落錘的一擊在巖石中形成的破碎狀態(tài)。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，其中在不同的附圖中自始至終都用相同的參考數(shù)字指代相同的或相似的部分。
圖1是一幅側(cè)視圖，表明防護(hù)性的碎石船移向?qū)⒈黄扑榈膸r石位置，然后被錨定；圖2是根據(jù)本發(fā)明用于水下巖石的防護(hù)性破碎方法，具有大鉆孔的巖石橫截面；圖3是根據(jù)本發(fā)明在第一步和第二步進(jìn)行鉆孔的實(shí)施例；圖4是一幅平面圖，表明了根據(jù)本發(fā)明的大鉆孔的布置；和圖5示例了根據(jù)本發(fā)明通過(guò)落錘的一擊在巖石中形成的破碎狀態(tài)。
如圖所示，防護(hù)性的破碎方法要提前進(jìn)行鉆孔作業(yè)。提供在駁船中心的用于大鉆孔的鉆機(jī)——由本申請(qǐng)人發(fā)明——以預(yù)定的距離并以多批在被破碎巖石上鉆直徑為100～300毫米，優(yōu)選為105毫米并深1～10米的大鉆孔。
在已有技術(shù)中，由于外力如波浪的影響，駁船必須在傾斜的和偏離的位置進(jìn)行鉆孔，所以只能鉆小于75毫米的鉆孔。然而，根據(jù)已由本申請(qǐng)人申請(qǐng)的鉆機(jī)及其方法，鉆機(jī)被設(shè)置在駁船內(nèi)部，它可以進(jìn)行鉆孔作業(yè)而不受外力影響。它可能開鑿100～300毫米的大鉆孔。因此，如果開鑿大鉆孔，該鉆孔可以得到比相對(duì)增加傳統(tǒng)鉆孔數(shù)量更多的自由表面。從而使得巖石的破碎更容易。
因此，鉆孔位置的自由表面是由鉆孔內(nèi)部的自由表面和鉆孔上部的自由表面形成的。自由表面的尺寸很大程度上依賴于鉆孔的尺寸。本發(fā)明具有的鉆孔尺寸為100～300毫米，它得到更大的自由表面，然后進(jìn)行沖擊工作，這樣很容易完成水下巖石破碎。
如圖2和4所示的大鉆孔的排列間隔，如果被破碎的巖石是硬巖，大鉆孔31的排列密度是30～100厘米，如果被破碎巖石是軟巖，大鉆孔所需的排列間隔為100～180厘米，相對(duì)于硬巖它要長(zhǎng)一些。
當(dāng)巖石的破碎效果以低的沖擊頻率增加時(shí)，落錘落在鉆孔之間的區(qū)域，需要顧及大鉆孔帶來(lái)的自由表面的擴(kuò)大、水下巖石的硬度、沖擊巖石的落錘的下部寬度(55～118厘米)等。
當(dāng)間隔在硬巖的情況下被設(shè)定為小于30厘米或在軟巖情況下小于100厘米時(shí)，為形成裂紋在同一位置的沖擊次數(shù)減小，但是相對(duì)于被破碎的巖石的整體，頻率必須增加，這會(huì)導(dǎo)致破碎速度的降低。而當(dāng)間隔在硬巖的情況下被設(shè)定為大于100厘米或在軟巖情況下大于180厘米時(shí)，由于裂紋很難形成，為了形成裂紋，在同一位置的沖擊次數(shù)必須增加，會(huì)產(chǎn)生破碎效率的問(wèn)題。
當(dāng)鉆孔作業(yè)以預(yù)定的間隔完成時(shí)，如圖1所示，提供有動(dòng)臂式起重機(jī)10的碎石船20移動(dòng)到將被破碎的具有大鉆孔31的巖石30上方。通過(guò)把錨沉在遠(yuǎn)離船體預(yù)定距離的水下巖石上，碎石船20停止。
動(dòng)臂式起重機(jī)10是一個(gè)具有從碎石船20的鉸接點(diǎn)傾斜伸出動(dòng)臂14的起重機(jī)。它可以在鉸接點(diǎn)處旋轉(zhuǎn)。動(dòng)臂的傾斜角度為50～65°，破碎工作將在這個(gè)角度范圍內(nèi)進(jìn)行。起重鋼索11的一端纏繞在一個(gè)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的起重鼓輪(未示出)上。起重鋼索11的另一端延伸到動(dòng)臂頂端并與一個(gè)懸掛的落錘12連接。此外，在垂直提升落錘的動(dòng)臂式起重機(jī)的動(dòng)臂14頂端安裝了一個(gè)差分全球定位系統(tǒng)(DGPS)接收器13。DGPS接收器可以從多個(gè)衛(wèi)星和參考站收集位置信息。
碎石船停止，相鄰大鉆孔之間的中間點(diǎn)被設(shè)為破碎目標(biāo)點(diǎn)。利用安裝在動(dòng)臂式起重機(jī)10動(dòng)臂14頂端的DGPS接收器13可以精確定位破碎目標(biāo)點(diǎn)。動(dòng)臂式起重機(jī)10的動(dòng)臂14移動(dòng)到目標(biāo)點(diǎn)上方并且落錘提升在垂直于破碎目標(biāo)點(diǎn)上方的位置。
利用DGPS接收器13，也就是DGPS(差分全球定位系統(tǒng))位置探測(cè)裝置，水下巖石的目標(biāo)點(diǎn)是已知的。DGPS是一個(gè)位置探測(cè)裝置，它可以從衛(wèi)星接收衛(wèi)星信號(hào)，從安裝在陸地上位置已知的DGPS參考站接收補(bǔ)償信號(hào)。即使在開闊的海洋，船只的位置也可以被精確地探測(cè)到。DGPS是一種輕量級(jí)的裝置，它包含一個(gè)接收衛(wèi)星信號(hào)的天線，一個(gè)從衛(wèi)星信號(hào)中提取所需信息的RF(無(wú)線電頻率)單元，一個(gè)處理所需信號(hào)的計(jì)算單元和一個(gè)用戶界面單元。
該裝置是一個(gè)模塊化的GPS系統(tǒng)，它可以測(cè)量遠(yuǎn)離GPS衛(wèi)星和參考站的位置。它可以24小時(shí)連續(xù)操作。精確度極高(誤差范圍2厘米)的位置信息可以通過(guò)觀測(cè)方法實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的以快速初始化和低能耗的形式獲得。眾所周知的傳統(tǒng)技術(shù)轉(zhuǎn)向了本發(fā)明的DGPS，因此這里不需要進(jìn)一步描述了。
利用上述過(guò)程，落錘12移動(dòng)到中間點(diǎn)上方，也就是大鉆孔13之間的破碎目標(biāo)點(diǎn)‘A’。安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)室的鼓輪運(yùn)轉(zhuǎn)以卷動(dòng)起重鋼索11。落錘12從破碎目標(biāo)點(diǎn)‘A’被提升約15米。起重鋼索11被卷緊使落錘12保持在一個(gè)穩(wěn)定的位置。
接著，纏繞在起重滾輪上的起重鋼索11被釋放。落錘通過(guò)自重自由下落。落錘12給巖石30的破碎目標(biāo)點(diǎn)‘A’一擊，開始巖石的破碎工作。
本發(fā)明是一種落錘懸掛、停止并自由下落到破碎目標(biāo)點(diǎn)‘A’的方法。目標(biāo)點(diǎn)的沖擊進(jìn)行3～5次。落錘12移動(dòng)到下一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)。上述的沖擊工作重復(fù)進(jìn)行以破碎巖石區(qū)域。
如圖5所示，在被破碎的巖石上設(shè)置有多個(gè)預(yù)定間隔的大鉆孔并在巖石周圍建立了多個(gè)自由表面。由于大的落錘的沖擊在設(shè)置的大鉆孔之間形成微裂紋。破碎工作利用大鉆孔31形成的自由表面，對(duì)水下巖石進(jìn)行有效的破碎。此外，破碎巖石的巖屑被放入鏟斗，這樣海床被整平。
同時(shí)，大鉆孔31以預(yù)定的間隔進(jìn)行打鉆，如圖3所示。通過(guò)落錘的沖擊在巖石30表層的合適深度產(chǎn)生破碎。停止破碎工作，在第一次鉆的大鉆孔31之間進(jìn)行第二次或更多次鉆孔作業(yè)。由于大鉆孔，確保了多個(gè)自由表面，巖石深層的落錘操作一步一步地進(jìn)行。
如上所述，由于一系列的大鉆孔作業(yè)在一個(gè)步驟中進(jìn)行，大鉆孔的深度很深并確保了多個(gè)自由表面，提高了破碎作業(yè)的效率。
根據(jù)利用水下巖石中大鉆孔的破碎方法，在巖石中以預(yù)定的間距鉆多個(gè)大鉆孔，在落錘工作之前保留自由表面。大的落錘給自由表面一擊，在破碎鉆孔的自由表面之間產(chǎn)生張拉裂縫。這增強(qiáng)了破碎效果。
另外，本發(fā)明把用于精確定位的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)(也就是差分全球定位系統(tǒng))引入到水下巖石的破碎作業(yè)中。被破碎巖石的目標(biāo)點(diǎn)被精確定位并給予沖擊，從而使得沖擊能的效果最大。
因此，根據(jù)本發(fā)明，那些位于難以爆破的區(qū)域的水下巖石可以被有效地破碎。破碎工作的速度可被增加以減少工期。水下巖石被破碎并減小了成本。
權(quán)利要求
1.利用水下巖石中的大鉆孔的破碎方法，其中設(shè)置有動(dòng)臂式起重機(jī)的碎石船移動(dòng)到被破碎巖石的上方，碎石船通過(guò)把錨沉在遠(yuǎn)離船體預(yù)定距離的水下巖石上而停止，纏繞在鼓輪上的動(dòng)臂式起重機(jī)的起重鋼索下面懸掛的落錘被提升到預(yù)定的高度，落錘自由下落給以被破碎巖石一擊，破碎方法包含下面的過(guò)程多個(gè)大鉆孔排列在被破碎巖石上，每個(gè)的直徑尺寸為100～300毫米，鉆孔深度為1～10米，在落錘工作前保留有自由表面；相鄰大鉆孔之間的中間點(diǎn)被設(shè)為破碎的目標(biāo)點(diǎn)；落錘被提升到垂直于被破碎的目標(biāo)點(diǎn)上方的位置并自由下落以給被破碎巖石一擊；和重復(fù)上面的過(guò)程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的利用水下巖石中的大鉆孔的破碎方法，其中當(dāng)被破碎的巖石為硬巖時(shí)，大鉆孔之間的距離為30～100厘米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的利用水下巖石中的大鉆孔的破碎方法，其中當(dāng)被破碎的巖石為軟巖時(shí)，大鉆孔之間的距離為100～180厘米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的利用水下巖石中的大鉆孔的破碎方法，其中首先以預(yù)定的間隔鉆大鉆孔；被破碎巖石的表層通過(guò)落錘的操作在預(yù)定的深度被破碎；停止破碎，在第一次鉆的大鉆孔之間進(jìn)行第二次或更多次的鉆孔作業(yè)；確保對(duì)應(yīng)于大鉆孔的多個(gè)自由表面；和提供了針對(duì)深層的落錘操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的利用水下巖石中的大鉆孔的破碎方法，其中在垂直提升落錘的動(dòng)臂式起重機(jī)動(dòng)臂的預(yù)定點(diǎn)上安裝有差分全球定位系統(tǒng)(DGPS)接收器，DGPS接收器從多個(gè)衛(wèi)星和參考站收集位置信息；和利用DGPS接收器精確定位被破碎的目標(biāo)點(diǎn)；落錘移動(dòng)到垂直于被破碎目標(biāo)點(diǎn)上方的位置，被提升，然后自由下落給被破碎巖石一擊。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種利用水下巖石中大鉆孔的破碎方法，其中多個(gè)大鉆孔在水下巖石中是以預(yù)定間隔來(lái)打鉆的，鉆孔形成了多個(gè)自由表面，大的落錘給鉆孔的自由表面一擊，從而增強(qiáng)了破碎效果。破碎方法包含下面的過(guò)程多個(gè)排列在被破碎巖石上的大鉆孔，每個(gè)的直徑尺寸為100～300毫米，鉆孔深度為1～10米，在落錘工作前保留有自由表面；相鄰大鉆孔之間的中間點(diǎn)被設(shè)為破碎的目標(biāo)點(diǎn)；落錘被提升到垂直于被破碎的目標(biāo)點(diǎn)上方的位置并自由下落給被破碎巖石一擊；并重復(fù)上面的過(guò)程。
文檔編號(hào)E21B7/12GK1664248SQ20041005647
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2004年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月5日
發(fā)明者白仁淑, 金鐘設(shè), 姜大雨 申請(qǐng)人:白仁淑, 金鐘設(shè), 姜大雨