專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鉆孔注膠式開(kāi)采加工裂隙石料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石材及其礦山開(kāi)采領(lǐng)域，具體涉及一種鉆孔注膠式開(kāi)采加工裂隙石料的方法。
背景技術(shù)：
目前，在石材及其礦山開(kāi)采領(lǐng)域，對(duì)大理石、花崗石和砂巖等非金屬礦物的開(kāi)采，已從打排孔并用炸藥轟爆的方式逐步轉(zhuǎn)向打排孔而用膨脹劑靜態(tài)爆破的方式。為進(jìn)一步提高礦山開(kāi)采的成荒率，采用礦山圓盤(pán)鋸與串珠繩鋸切開(kāi)采的方式也在逐步推廣。但在礦山巖體已存在較多裂隙的情況下，不管用什么方法進(jìn)行開(kāi)采，其成荒率不足30%的現(xiàn)實(shí)必然要形成大量碎石堆積的問(wèn)題。如何有效地利用建筑裝飾用石材，尤其是如何利用我國(guó)較多的硅質(zhì)玉的問(wèn)題，已引起石材及相關(guān)行業(yè)的高度重視。人造大理石與人造石英石雖然能對(duì)礦山開(kāi)采的碎石有所利用，但其生產(chǎn)中還要對(duì)碎石進(jìn)一步破碎而成設(shè)定的粒度，并用較多的粘結(jié)劑進(jìn)行其異構(gòu)聚合的荒料或薄板成型。現(xiàn)行的兩大類(lèi)合成石雖然通過(guò)多個(gè)攪拌機(jī)配色與轉(zhuǎn)向布料工藝能夠產(chǎn)生較好的觀感，但對(duì)保持天然礦物的原有結(jié)構(gòu)及改善環(huán)境屬性方面可以說(shuō)還相差甚遠(yuǎn)。中國(guó)專(zhuān)利膠結(jié)愈合裂隙石材的生產(chǎn)方法(ZL201110155365. 8)采用分切厚板、膠液除覆、真空抽放等工序，利用真空力與激振力對(duì)薄板進(jìn)行膠液滲透而使其裂隙板材膠結(jié)愈合，但其-O.1Mpa的真空度產(chǎn)生的作用力不能形成較大的滲透力。甘肅的敦煌玉等硅質(zhì)玉礦山開(kāi)發(fā)以來(lái)，雖然用串珠繩鋸進(jìn)行切割開(kāi)采提高了成荒率，但在硅質(zhì)礦體自身就存在較多節(jié)理裂隙的條件下仍使其成荒率及玉石建材加工中的成材率很低。不論是硅質(zhì)的石英巖玉、還是鈣質(zhì)的大理石，即使其不存在明顯的裂隙，但微觀地看，它是一種粒狀組合且顆粒之間存在眾多微隙及微孔的礦物。在礦山開(kāi)采及石料的鋸切前，設(shè)法將高分子聚合物滲入到其微隙之中，才能以原構(gòu)聚合方式克服其脆性，并由這種較高層次的合成技術(shù)使得較珍貴的礦山資源能夠有效地利用及創(chuàng)造較高的價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要針對(duì)硅質(zhì)玉、閃石、花崗石、石英石、疊層石、蛇紋玉和大理石等礦物開(kāi)采難度大與成材率較低的問(wèn)題，提供一種開(kāi)采簡(jiǎn)單、成材率高的鉆孔注膠式開(kāi)采加工裂隙石料的方法。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的而采取的技術(shù)方案為一種鉆孔注膠式開(kāi)采加工裂隙石料的方法，采用高分子膠液與注膠裝置，利用深孔進(jìn)行強(qiáng)壓注膠，并用20-100MPa的壓強(qiáng)對(duì)石料進(jìn)行脹裂，經(jīng)鉆孔刻槽工序、設(shè)置膠嘴工序、高分子膠液配置工序、表面填縫工序、強(qiáng)壓注膠工序和表面滲膠工序完成節(jié)理裂隙巖石的膠結(jié)愈合及注膠脹裂；所述的鉆孔刻槽工序是在裂隙巖石的垂直與水平兩個(gè)方向分別用鑿巖機(jī)鉆出直徑為30-80mm且相互間距為200-1000mm的沿直線排列的若干個(gè)深孔，并用刻槽工具對(duì)深孔分別進(jìn)行對(duì)稱(chēng)V型的深度為5-10mm的刻槽；
所述的設(shè)置膠嘴工序是將若干個(gè)注膠嘴分別粘結(jié)并緊固于各深孔孔口位置，并用高壓膠管分別聯(lián)接于注膠裝置，或用絕緣導(dǎo)線將各深孔中的電加熱器與交流調(diào)壓器連接；所述的高分子膠液配制工序是用環(huán)氧樹(shù)脂或不飽和樹(shù)脂或甲基丙烯酸甲酯分別與固化劑、促進(jìn)劑、偶聯(lián)劑和稀釋劑按100 :1-100 :0-1 :1-3:20-100的質(zhì)量比混合，或是將水性環(huán)氧樹(shù)脂、水性環(huán)氧固化劑、水按1:1-1. 5:1-5質(zhì)量比混合；所述的表面填縫工序是用高分子膠液對(duì)O.1mm以上寬度的縫隙進(jìn)行填充封閉；所述的強(qiáng)壓注膠工序是用注膠裝置在10-60min的時(shí)間內(nèi)將高分子膠液壓強(qiáng)逐漸增大至lOOMPa，通過(guò)深孔完成前期滲膠與后期脹裂的過(guò)程，或用交流調(diào)壓器在5-60min時(shí)間內(nèi)將工頻電壓增大至220V，利用電加熱器將深孔中的高分子膠液加熱膨脹并產(chǎn)生氣體而增大至IOOMPa壓強(qiáng)；所述的表面滲膠工序是用脹裂后散流的高分子膠液對(duì)石料的外表面進(jìn)行涂刷封閉而成聚合石料。其中所述的強(qiáng)壓注膠是用注膠裝置及注膠嘴，將最大壓強(qiáng)為20_100MPa的高分子膠液注入若干個(gè)深孔中同步進(jìn)行強(qiáng)力滲膠及脹裂，或者是用交流調(diào)壓器與若干只分別穿插于深孔中的電加熱器，同步產(chǎn)生400-800°C的高溫，利用高分子膠液及其氣體的膨脹力對(duì)巖石節(jié)理進(jìn)行強(qiáng)力滲膠及脹裂。本發(fā)明對(duì)節(jié)理裂隙石料可以采用30MPa以下的壓強(qiáng)進(jìn)行強(qiáng)力滲膠，在鉆孔工序中不必進(jìn)行刻槽，僅用深孔注膠方式實(shí)現(xiàn)其原構(gòu)聚合。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)是采用鉆孔與高壓注膠方式不僅提高了膠液滲透的深度，還用深孔形成了延伸到內(nèi)部的加壓空間，使得高分子膠液能夠從內(nèi)向外地?cái)U(kuò)散到巖石的節(jié)理及微孔之中；接近于IOOMPa的壓強(qiáng)較現(xiàn)行的膨脹劑具有能量較大與快速增壓的優(yōu)點(diǎn)，由此在裂隙面的滲流量與隙寬的三次方成正比并與壓力成正比的定律中，能夠簡(jiǎn)易地達(dá)到前期滲膠而后期脹裂的雙重效果；在深孔中刻槽是刻槽氣脹技術(shù)的延伸，在其尖角接近于60°且深度達(dá)到圓孔直徑的1/5 —1/6時(shí)，利用其尖角處產(chǎn)生的應(yīng)力集中與槽口撕裂效應(yīng)，可以較小的膨脹力完成脆性巖石的受壓分裂；在規(guī)模性的階梯式開(kāi)采中，每塊分裂料體的三個(gè)脹裂面同時(shí)對(duì)其相領(lǐng)的三塊料體形成預(yù)先強(qiáng)壓滲膠的過(guò)程，也使所有料體的六個(gè)表面分別經(jīng)受高壓滲膠過(guò)程而達(dá)深層次的聚合效果，因此其工藝流程中的表面填縫工序可以取消；在長(zhǎng)方形石料的軸心或中線進(jìn)行鉆孔及滲膠，并在其圓孔中配置鋼制直筋，利用其中空結(jié)構(gòu)使其脆性的礦物能夠制作圓柱及大型佛像等工藝品；打排孔與刻槽及注膠的脹裂方法，對(duì)硅質(zhì)玉類(lèi)礦物的開(kāi)采，較串珠繩鋸的硬性切割方式，不論從開(kāi)采成本及工效上均有顯著的優(yōu)勢(shì)，還利用硬質(zhì)礦物必然的脆性及其50-250kg/cm2的抗拉強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)其緩沖裂解；用多級(jí)羅茨泵串聯(lián)方式及較大承壓結(jié)構(gòu)的真空箱雖然能達(dá)到一定的滲膠效果，但與用柱塞泵及注膠嘴的注膠裝置相比還是復(fù)雜得多，后者能達(dá)到的較高的強(qiáng)壓也是前者不容易實(shí)現(xiàn)的；采用水性環(huán)氧樹(shù)脂、水性環(huán)氧固化劑和水共同配制的膠液，利用環(huán)氧樹(shù)脂分子上引入羥基、羧基、醚基等強(qiáng)水性基團(tuán)而具有的水溶性，使其易于隨水滲透進(jìn)石料的結(jié)構(gòu)層及微隙內(nèi)，而在潮濕的縫隙中能夠粘結(jié)固化，較好地實(shí)現(xiàn)礦物巖石原生節(jié)理與構(gòu)造節(jié)理的膠結(jié)愈合，也易于在注膠之后用清水清洗；對(duì)雙組分的尤其是油性的高分子膠液，采用并聯(lián)的高壓泵送入混溶器具及深孔中的增壓方式，可以避免經(jīng)常清洗增壓器具的繁瑣；脆性礦物與高分子材料的融洽結(jié)合必須在較高壓力下才能完成，并由其原構(gòu)聚合方式顯著提其成荒料及成材率；鉆孔注膠是對(duì)裂隙巖石及石料進(jìn)行原有結(jié)構(gòu)不變的合成，異構(gòu)聚合是對(duì)散碎石塊進(jìn)行的合成，前者較后者的聚合方式不僅使用的樹(shù)脂量要少，而且對(duì)保持天然礦物的屬性及結(jié)構(gòu)更有其優(yōu)勢(shì)；采用電加熱器具對(duì)深孔中的有機(jī)或無(wú)機(jī)膠液進(jìn)行加溫膨脹的方式，是用電加熱元件表面400-800°C的高溫使膠液膨脹并產(chǎn)生氣體膨脹力，用簡(jiǎn)易器具完成強(qiáng)力注膠及巖石脆性破裂過(guò)程；對(duì)有礦山圓盤(pán)鋸或串珠繩鋸條件的礦山可先垂直或水平切割出一個(gè)分離面，其余兩個(gè)分離面用鉆孔注膠方式進(jìn)行脹裂。本發(fā)明對(duì)硅質(zhì)玉、閃石、花崗石、石英石、疊層石、蛇紋玉和大理石等因節(jié)理裂隙難以成材的礦物，利用深孔及高壓力形成了膠液充分滲透于其中的條件，使得現(xiàn)行工藝無(wú)法加工的裂隙石材能夠以原構(gòu)聚合方式變廢為寶，并用其強(qiáng)壓注膠使硬質(zhì)石料的開(kāi)采簡(jiǎn)單化。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1如圖1所示，對(duì)甘肅省瓜州縣的敦煌玉和透閃石等干旱地區(qū)的礦山，采用鉆孔注膠方式同時(shí)進(jìn)行注膠聚合與高壓脹裂的荒料開(kāi)采，其工藝步驟為1、鉆孔刻槽工序是用鑿巖機(jī)及40mm的鉆頭，按照三個(gè)相互垂直的裂解面開(kāi)采長(zhǎng)方體荒料的方式，以20-100cm的間距及100-300cm的深孔分別鉆成沿直線排列的三排深孔，再用刻槽工具(湖北建材研究院羅祖春)進(jìn)行尖角為60度深度為8mm的刻槽，使深孔成為近似的菱形而增大受壓面積；2、設(shè)置注膠嘴工序是用3臺(tái)高壓注膠裝置(北京利歐德裂縫處理中心)，將多個(gè)注膠嘴與3臺(tái)高壓注膠裝置連結(jié)，而后用環(huán)氧干掛結(jié)構(gòu)膠(德國(guó)雅料美AKEP0X2030)將高壓注膠嘴粘埋于各深孔口；3、高分子膠液配置工序是用E44環(huán)氧樹(shù)脂、EP固化劑、KH570偶聯(lián)劑、丙酮稀釋劑，隨環(huán)境溫度按100 :10-100 :1-3 :20-100的質(zhì)量比混合成雙組份且分別的黏度為20cps的液體；4、表面填縫工序是用高分子膠液與600網(wǎng)目的石英粉按1:4的質(zhì)量比混合成黏狀料，對(duì)巖體及石料表面的裂縫進(jìn)行封閉處理；5、強(qiáng)力注膠工序是在60min的時(shí)間內(nèi)逐漸增壓至30MPa，再以接近于IOOMPa的高
壓促使石料沿三個(gè)分離面裂解；6、表面滲膠工序是用脹裂石料后散流的膠液對(duì)荒料的外表面及裂隙部位進(jìn)行涂刷而成膠液包裹體；實(shí)施例2對(duì)花崗石和蛇紋石化大理石類(lèi)用于雕刻圓柱和佛像的長(zhǎng)方體石料。進(jìn)行強(qiáng)力滲膠及強(qiáng)化的工藝步驟為1、鉆孔工序是用薄壁鉆沿長(zhǎng)度方向的中心鉆出直徑為80mm且深度小于料體長(zhǎng)度的一個(gè)深孔；
2、設(shè)置注膠嘴工序是用石材用結(jié)構(gòu)膠將注膠嘴預(yù)埋于孔口中，并用高壓膠管與一臺(tái)高壓注膠裝置聯(lián)通；3、高分子膠液配置工序是用亞邦7936不飽和樹(shù)脂、OT固化劑、KH570硅烷偶聯(lián)劑和苯乙烯按100 2 2 80的質(zhì)量比混合成單組份黏度為lOOcps的膠液；4、表面填充工序是用不飽和樹(shù)脂膠液配加石粉混合的黏性料對(duì)石料表面O.1mm以上寬度的縫隙進(jìn)行填補(bǔ)；5、強(qiáng)力注膠工序是用2_30MPa的壓強(qiáng)及5_40min的時(shí)間的逐漸加壓過(guò)程進(jìn)行膠液的滲透及混溶，而后在深孔中插入螺紋型的鋼筋或直筋；6、表面滲膠工序是將軸心注膠的料體先進(jìn)行40_55°C的預(yù)熱，再用強(qiáng)力注膠配置的膠液進(jìn)行其外表面的涂刷或浸泡于膠液中，而后送入真空箱內(nèi)以-O.1-ο. 3MPa真空度進(jìn)行真空抽制及90°C的加溫固化，從而完成先用深孔強(qiáng)力滲膠與外表面用真空滲膠的強(qiáng)化過(guò)程，其中用三臺(tái)真空度為-O.1MPa的羅茨泵串聯(lián)方式進(jìn)行真空抽制。實(shí)施例3對(duì)疊層石、石英巖、透閃石類(lèi)具有明顯裂隙的礦物，采用沿裂隙進(jìn)行脹裂的工藝步驟為1、鉆孔刻槽工序是對(duì)存在O. 5mm以上寬度的具有明顯裂隙的礦體，沿裂隙的垂直面進(jìn)行間距為80cm的鉆孔，并對(duì)垂直排列的兩排深孔進(jìn)行尖角為50°且深度為IOmm的刻槽而使圓孔形成近似的菱似，其深孔及其刻槽的尖角成直線排列；2、設(shè)置注膠嘴工序是將注膠嘴配置閥門(mén)與漏斗，在各深孔中分別插入500W電阻絲的加熱器具，用兩根絕緣導(dǎo)線沿管口與圓孔之間的縫隙引出并用結(jié)構(gòu)膠粘固；3、高分子膠液配置工`序是用甲基丙烯酸甲酯、有機(jī)過(guò)氧化物類(lèi)固化劑、促進(jìn)劑、硅烷偶聯(lián)劑、稀釋劑按照100 :1-3 :0-1 :1-3:20-100的質(zhì)量比混合配置的黏度為IOOcps雙組份的膠液；4、表面填縫工序是用(武漢市科達(dá)云石護(hù)理材料有限公司)的環(huán)氧干掛結(jié)構(gòu)膠對(duì)礦體表面的裂隙進(jìn)行封閉處理；5、強(qiáng)力注膠工序是用一臺(tái)交流調(diào)壓器控制各電加熱器具，在5-60min逐漸增大至220V電壓，以加熱元件表面接近于800°C的高溫使膠液氣化而進(jìn)行強(qiáng)力滲膠，并在其后期使脆性的巖石脹裂分離；6、表面滲膠工序是用脹裂后散流的樹(shù)脂液對(duì)石料外表面全部進(jìn)行涂刷處理，經(jīng)自然固化而完成鉆孔注膠式開(kāi)采裂隙石料的全過(guò)程。實(shí)施例4對(duì)蛇紋玉和米黃大理石類(lèi)潮濕地帶的礦物，用圓盤(pán)鋸先垂直鋸出一個(gè)分離面，其余兩個(gè)分離面采有鉆孔注膠方式同時(shí)進(jìn)行注膠聚合與高壓脹裂的荒料開(kāi)采，其工藝步驟為1、鉆孔刻槽工序是在相互垂直的分離面用鑿巖機(jī)鉆出孔徑為30mm且深度為170cm的三排深孔，再用刻槽工具分別進(jìn)行對(duì)稱(chēng)的尖角為60度且深度為5mm的尖角刻槽；2、設(shè)置注膠嘴工序是將高壓注膠嘴的管口分別緊固于各Φ30πιπι的深孔孔口中；3、高分子膠液配置工序是用上海漢中化工公司的Η206—A水性環(huán)氧樹(shù)脂、Η206—B水性環(huán)氧固化劑和水(清水)按1:1 一1. 5 3-5的質(zhì)量比混合成高壓注膠用的水性環(huán)氧混合液，在現(xiàn)場(chǎng)按滲透深度及溫度對(duì)基本配方進(jìn)行調(diào)節(jié)；4、表面填縫工序是用水性環(huán)氧混合液與水泥按1:3的質(zhì)量比混合的黏狀物對(duì)裂縫進(jìn)行填充處理；5、強(qiáng)力注膠工序是用多臺(tái)IOOMPa的柱塞泵增壓的高壓注膠裝置分別經(jīng)分流管路對(duì)高壓注膠嘴及二排深孔，以逐漸增壓至接近于IOOMPa的高壓力同步進(jìn)行強(qiáng)壓滲膠及脹裂，其后抽取清水進(jìn)行清洗；6、表面滲膠工序是用散流及剩余的水性環(huán)氧混合液對(duì)分離出的石料的外表面進(jìn)行涂刷處理，經(jīng)自然固化完成內(nèi)含較多水份的巖石從內(nèi)向外的節(jié)理滲透及注膠脹裂的過(guò)程。
權(quán)利要求
1.一種鉆孔注膠式開(kāi)采加工裂隙石料的方法，其特征在于采用高分子膠液與注膠裝置，利用深孔進(jìn)行強(qiáng)壓注膠，并用20-100MPa的壓強(qiáng)對(duì)石料進(jìn)行脹裂，經(jīng)鉆孔刻槽工序、設(shè)置膠嘴工序、高分子膠液配置工序、表面填縫工序、強(qiáng)壓注膠工序和表面滲膠工序完成節(jié)理裂隙巖石的膠結(jié)愈合及注膠脹裂； 所述的鉆孔刻槽工序是在裂隙巖石的垂直與水平兩個(gè)方向分別用鑿巖機(jī)鉆出直徑為30-80mm且相互間距為200-1000mm的沿直線排列的若干個(gè)深孔，并用刻槽工具對(duì)深孔分別進(jìn)行對(duì)稱(chēng)V型的深度為5-10mm的刻槽； 所述的設(shè)置膠嘴工序是將若干個(gè)注膠嘴分別粘結(jié)并緊固于各深孔孔口位置，并用高壓膠管分別聯(lián)接于注膠裝置，或用絕緣導(dǎo)線將各深孔中的電加熱器與交流調(diào)壓器連接； 所述的高分子膠液配制工序是用環(huán)氧樹(shù)脂或不飽和樹(shù)脂或甲基丙烯酸甲酯分別與固化劑、促進(jìn)劑、偶聯(lián)劑和稀釋劑按100 :1-100 :0-1 =1-3:20-100的質(zhì)量比混合，或是將水性環(huán)氧樹(shù)脂、水性環(huán)氧固化劑、水按1:1-1. 5:1-5質(zhì)量比混合； 所述的表面填縫工序是用高分子膠液對(duì)O.1mm以上寬度的縫隙進(jìn)行填充封閉； 所述的強(qiáng)壓注膠工序是用注膠裝置在10-60min的時(shí)間內(nèi)將高分子膠液壓強(qiáng)逐漸增大至lOOMPa，通過(guò)深孔完成前期滲膠與后期脹裂的過(guò)程，或用交流調(diào)壓器在5-60min時(shí)間內(nèi)將工頻電壓增大至220V，利用電加熱器將深孔中的高分子膠液加熱膨脹而增大至IOOMPa壓強(qiáng)； 所述的表面滲膠工序是用脹裂后散流的高分子膠液對(duì)石料的外表面進(jìn)行涂刷封閉而成聚合石料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉆孔注膠式開(kāi)采加工裂隙石料的方法，其特征在于所述的強(qiáng)壓注膠是用注膠裝置及注膠嘴，將最大壓強(qiáng)為20-100MPa的高分子膠液注入若干個(gè)深孔中同步進(jìn)行強(qiáng)力滲膠及脹裂，或者是用交流調(diào)壓器與若干只分別穿插于深孔中的電加熱器，同步產(chǎn)生400-800°C的高溫，利用高分子膠液及其氣體的膨脹力對(duì)巖石節(jié)理進(jìn)行強(qiáng)力滲膠及脹裂。
全文摘要
本發(fā)明屬于石材及其礦山開(kāi)采領(lǐng)域，具體涉及一種鉆孔注膠式開(kāi)采加工裂隙石料的方法。本發(fā)明主要解決硅質(zhì)玉、閃石、花崗石、石英石、疊層石、蛇紋玉和大理石等礦物開(kāi)采難度大與成材率較低的問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種鉆孔注膠式開(kāi)采加工裂隙石料的方法，采用高分子膠液與注膠裝置，利用深孔進(jìn)行強(qiáng)壓注膠，并用20-100MPa的壓強(qiáng)對(duì)石料進(jìn)行脹裂，經(jīng)鉆孔刻槽工序、設(shè)置膠嘴工序、高分子膠液配置工序、表面填縫工序、強(qiáng)壓注膠工序和表面滲膠工序完成節(jié)理裂隙巖石的膠結(jié)愈合及注膠脹裂。本發(fā)明具有開(kāi)采簡(jiǎn)單、成材率高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21C47/10GK103061769SQ20131000303
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月4日
發(fā)明者劉建平, 張保平 申請(qǐng)人:劉建平