一种超高压水驱动的双向劈裂棒论文和设计

全文摘要

本实用新型涉及岩石劈裂技术，具体是一种超高压水驱动的双向劈裂棒。本实用新型解决了传统的劈裂棒容易发生损坏、劈裂力小、体积庞大、结构笨重、容易对岩石造成污染的问题。一种超高压水驱动的双向劈裂棒，包括棒体；棒体呈横向设置；棒体的侧面自左向右等距开设有N个上下贯通的装配孔；每个装配孔均为三级台阶孔；该三级台阶孔包括上部大孔径段、中部中孔径段、下部小孔径段，且上部大孔径段的孔壁上端设有内螺纹；每个装配孔内均安装有一个劈裂单元；所述劈裂单元包括导套、压环、销杆、上柱塞、下柱塞、上复位弹簧、下复位弹簧。本实用新型适用于岩石的劈裂。

设计方案

1.一种超高压水驱动的双向劈裂棒，其特征在于：包括棒体（1）；棒体（1）呈横向设置；棒体（1）的侧面自左向右等距开设有N个上下贯通的装配孔（2），且各个装配孔（2）的轴线均与棒体（1）的轴线相交；N为正整数，且N≥2；每个装配孔（2）均为三级台阶孔；该三级台阶孔包括上部大孔径段、中部中孔径段、下部小孔径段，且上部大孔径段的孔壁上端设有内螺纹；棒体（1）的左端面与第一个上部大孔径段的孔壁之间、相邻两个上部大孔径段的孔壁之间、第N个上部大孔径段的孔壁与棒体（1）的右端面之间均开设有一个左右贯通的导水孔（3），且各个导水孔（3）的轴线均与棒体（1）的轴线重合；第一个导水孔（3）的孔壁、第N+1个导水孔（3）的孔壁均设有内螺纹；

每个装配孔（2）内均安装有一个劈裂单元；所述劈裂单元包括导套（4）、压环（5）、销杆（6）、上柱塞（7a）、下柱塞（7b）、上复位弹簧（8a）、下复位弹簧（8b）；导套（4）的外侧面与上部大孔径段的孔壁固定配合，且导套（4）的外侧面与上部大孔径段的孔壁之间设有密封结构；导套（4）的内侧面与中部中孔径段的孔壁齐平；导套（4）的下端面与上部大孔径段和中部中孔径段之间的连接面固定配合；导套（4）的内侧面上端延伸设置有静限位凸环，且静限位凸环的侧面与下部小孔径段的孔壁齐平；导套（4）的外侧面开设有环形导水凹槽，且环形导水凹槽分别与相邻的两个导水孔（3）连通；环形导水凹槽的槽底与导套（4）的内侧面之间贯通开设有M个漏水孔，且各个漏水孔围绕导套（4）的轴线等距排列；M为偶数，且M≥4；其中两个漏水孔分别与相邻的两个导水孔（3）正对；压环（5）的外侧面设有外螺纹，且压环（5）的外侧面与上部大孔径段的孔壁上端螺纹配合；压环（5）的内侧面与静限位凸环的侧面齐平；压环（5）的下端面分别紧压导套（4）的上端面和静限位凸环的上端面；销杆（6）呈横向设置；销杆（6）的两端分别固定穿设于两个漏水孔内，且销杆（6）的两端面均与环形导水凹槽的槽底齐平；上柱塞（7a）位于销杆（6）的上方；上柱塞（7a）的下端面中央开设有上驱动凹腔；上柱塞（7a）的外侧面分别与静限位凸环的侧面和压环（5）的内侧面滑动配合，且上柱塞（7a）的外侧面与静限位凸环的侧面之间设有密封结构；上柱塞（7a）的外侧面下端延伸设置有上滑动限位凸环，且上滑动限位凸环的侧面与导套（4）的内侧面滑动配合；下柱塞（7b）位于销杆（6）的下方；下柱塞（7b）的上端面中央开设有下驱动凹腔；下柱塞（7b）的外侧面与下部小孔径段的孔壁滑动配合，且下柱塞（7b）的外侧面与下部小孔径段的孔壁之间设有密封结构；下柱塞（7b）的外侧面上端延伸设置有下滑动限位凸环，且下滑动限位凸环的侧面分别与导套（4）的内侧面和中部中孔径段的孔壁滑动配合；上复位弹簧（8a）的两端分别与上驱动凹腔的腔底和销杆（6）的中部固定；下复位弹簧（8b）的两端分别与下驱动凹腔的腔底和销杆（6）的中部固定。

2.根据权利要求1所述的一种超高压水驱动的双向劈裂棒，其特征在于：导套（4）的外侧面分别开设有第一密封槽、第二密封槽、第三密封槽；第一密封槽、第二密封槽均位于环形导水凹槽的上方；第三密封槽位于环形导水凹槽的下方；第一密封槽、第二密封槽、第三密封槽内各嵌装有一个超高压静密封圈（9）；静限位凸环的侧面分别开设有第四密封槽、第五密封槽，且第四密封槽位于第五密封槽的下方；下部小孔径段的孔壁分别开设有第六密封槽、第七密封槽，且第六密封槽位于第七密封槽的上方；第四密封槽、第六密封槽内各嵌装有一个超高压PE组合往复密封圈（10）；第五密封槽、第七密封槽内各嵌装有一个双唇口防尘圈（11）。

3.根据权利要求1或2所述的一种超高压水驱动的双向劈裂棒，其特征在于：上复位弹簧（8a）、下复位弹簧（8b）均采用高强度不锈钢弹簧。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及岩石劈裂技术，具体是一种超高压水驱动的双向劈裂棒。

背景技术

在矿山开采及建筑土石方工程中，岩石的劈裂是一道必不可少的环节。目前，岩石的劈裂广泛采用劈裂棒进行。然而实践表明，传统的劈裂棒由于自身结构所限，普遍存在如下问题：其一，传统的劈裂棒采用单向柱塞结构，此种结构存在的问题是：当钻孔的形状不规则时，劈裂棒极易在岩石的反作用力作用下出现受力不均匀的现象，由此导致劈裂棒发生损坏（出现裂缝或整体断裂）。其二，传统的劈裂棒采用液压油作为驱动介质，由此带来如下问题：1、劈裂力小、体积庞大、结构笨重。2、液压油一旦发生渗漏，便对岩石造成污染，由此影响岩石的后期加工和使用。基于此，有必要发明一种全新的劈裂棒，以解决传统的劈裂棒容易发生损坏、劈裂力小、体积庞大、结构笨重、容易对岩石造成污染的问题。

发明内容

本实用新型为了解决传统的劈裂棒容易发生损坏、劈裂力小、体积庞大、结构笨重、容易对岩石造成污染的问题，提供了一种超高压水驱动的双向劈裂棒。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种超高压水驱动的双向劈裂棒，包括棒体；棒体呈横向设置；棒体的侧面自左向右等距开设有N个上下贯通的装配孔，且各个装配孔的轴线均与棒体的轴线相交；N为正整数，且N≥2；每个装配孔均为三级台阶孔；该三级台阶孔包括上部大孔径段、中部中孔径段、下部小孔径段，且上部大孔径段的孔壁上端设有内螺纹；棒体的左端面与第一个上部大孔径段的孔壁之间、相邻两个上部大孔径段的孔壁之间、第N个上部大孔径段的孔壁与棒体的右端面之间均开设有一个左右贯通的导水孔，且各个导水孔的轴线均与棒体的轴线重合；第一个导水孔的孔壁、第N+1个导水孔的孔壁均设有内螺纹；

每个装配孔内均安装有一个劈裂单元；所述劈裂单元包括导套、压环、销杆、上柱塞、下柱塞、上复位弹簧、下复位弹簧；导套的外侧面与上部大孔径段的孔壁固定配合，且导套的外侧面与上部大孔径段的孔壁之间设有密封结构；导套的内侧面与中部中孔径段的孔壁齐平；导套的下端面与上部大孔径段和中部中孔径段之间的连接面固定配合；导套的内侧面上端延伸设置有静限位凸环，且静限位凸环的侧面与下部小孔径段的孔壁齐平；导套的外侧面开设有环形导水凹槽，且环形导水凹槽分别与相邻的两个导水孔连通；环形导水凹槽的槽底与导套的内侧面之间贯通开设有M个漏水孔，且各个漏水孔围绕导套的轴线等距排列；M为偶数，且M≥4；其中两个漏水孔分别与相邻的两个导水孔正对；压环的外侧面设有外螺纹，且压环的外侧面与上部大孔径段的孔壁上端螺纹配合；压环的内侧面与静限位凸环的侧面齐平；压环的下端面分别紧压导套的上端面和静限位凸环的上端面；销杆呈横向设置；销杆的两端分别固定穿设于两个漏水孔内，且销杆的两端面均与环形导水凹槽的槽底齐平；上柱塞位于销杆的上方；上柱塞的下端面中央开设有上驱动凹腔；上柱塞的外侧面分别与静限位凸环的侧面和压环的内侧面滑动配合，且上柱塞的外侧面与静限位凸环的侧面之间设有密封结构；上柱塞的外侧面下端延伸设置有上滑动限位凸环，且上滑动限位凸环的侧面与导套的内侧面滑动配合；下柱塞位于销杆的下方；下柱塞的上端面中央开设有下驱动凹腔；下柱塞的外侧面与下部小孔径段的孔壁滑动配合，且下柱塞的外侧面与下部小孔径段的孔壁之间设有密封结构；下柱塞的外侧面上端延伸设置有下滑动限位凸环，且下滑动限位凸环的侧面分别与导套的内侧面和中部中孔径段的孔壁滑动配合；上复位弹簧的两端分别与上驱动凹腔的腔底和销杆的中部固定；下复位弹簧的两端分别与下驱动凹腔的腔底和销杆的中部固定。

使用时，预先在待劈裂的岩石上开设钻孔，将第一个导水孔通过三通管分别与超高压水泵和水箱连通（三通管的第一个管口通过进水阀与超高压水泵连通，三通管的第二个管口通过排水阀与水箱连通，三通管的第三个管口与第一个导水孔连通），并通过外螺纹堵头将第N+1个导水孔封堵起来。具体使用过程如下：首先，将本实用新型所述的一种超高压水驱动的双向劈裂棒插入钻孔内，并打开进水阀（排水阀保持关闭），来自超高压水泵的超高压水由此依次经三通管、第一个导水孔注入第一个环形导水凹槽。注入到第一个环形导水凹槽的超高压水分为两部分：一部分经对应的漏水孔注入第一个上驱动凹腔和第一个下驱动凹腔，由此推动第一个上柱塞和第一个下柱塞伸出第一个装配孔外（此时，第一个上复位弹簧和第一个下复位弹簧均进行伸长），另一部分经第二个导水孔注入第二个环形导水凹槽。注入到第二个环形导水凹槽的超高压水同样分为两部分：一部分经对应的漏水孔注入第二个上驱动凹腔和第二个下驱动凹腔，由此推动第二个上柱塞和第二个下柱塞伸出第二个装配孔外（此时，第二个上复位弹簧和第二个下复位弹簧均进行伸长），另一部分经第三个导水孔注入第三个环形导水凹槽。以此类推，即可使得各个上柱塞和各个下柱塞自左向右逐个伸出对应的装配孔外，由此对钻孔的孔壁进行劈击，从而将岩石劈裂开来。待劈裂完成后，关闭进水阀，并打开排水阀，超高压水由此依次经第一个导水孔、三通管排入水箱。此时，在各个上复位弹簧和各个下复位弹簧的拉力作用下，各个上柱塞和各个下柱塞自右向左逐个缩回对应的装配孔内。然后，将本实用新型所述的一种超高压水驱动的双向劈裂棒从钻孔内抽出，并关闭排水阀，由此完成一个工作循环。

基于上述过程，与传统的劈裂棒相比，本实用新型所述的一种超高压水驱动的双向劈裂棒通过采用全新结构，实现了岩石的劈裂，由此具备了如下优点：其一，本实用新型不再采用单向柱塞结构，而是采用双向柱塞结构，因此即使钻孔的形状不规则，本实用新型在岩石的反作用力作用下也不会出现受力不均匀的现象，由此有效避免了发生损坏。其二，本实用新型不再采用液压油作为驱动介质，而是采用超高压水作为驱动介质，由此带来了如下优点：1、劈裂力更大、体积更小、结构更轻便。2、超高压水即使发生渗漏，也不会对岩石造成污染，因此不会对岩石的后期加工和使用造成影响。

本实用新型结构合理、设计巧妙，有效解决了传统的劈裂棒容易发生损坏、劈裂力小、体积庞大、结构笨重、容易对岩石造成污染的问题，适用于岩石的劈裂。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型中劈裂单元的结构示意图。

图中：1-棒体，2-装配孔，3-导水孔，4-导套，5-压环，6-销杆，7a-上柱塞，7b-下柱塞，8a-上复位弹簧，8b-下复位弹簧，9-超高压静密封圈，10-超高压PE组合往复密封圈，11-双唇口防尘圈。

具体实施方式

一种超高压水驱动的双向劈裂棒，包括棒体1；棒体1呈横向设置；棒体1的侧面自左向右等距开设有N个上下贯通的装配孔2，且各个装配孔2的轴线均与棒体1的轴线相交；N为正整数，且N≥2；每个装配孔2均为三级台阶孔；该三级台阶孔包括上部大孔径段、中部中孔径段、下部小孔径段，且上部大孔径段的孔壁上端设有内螺纹；棒体1的左端面与第一个上部大孔径段的孔壁之间、相邻两个上部大孔径段的孔壁之间、第N个上部大孔径段的孔壁与棒体1的右端面之间均开设有一个左右贯通的导水孔3，且各个导水孔3的轴线均与棒体1的轴线重合；第一个导水孔3的孔壁、第N+1个导水孔3的孔壁均设有内螺纹；

每个装配孔2内均安装有一个劈裂单元；所述劈裂单元包括导套4、压环5、销杆6、上柱塞7a、下柱塞7b、上复位弹簧8a、下复位弹簧8b；导套4的外侧面与上部大孔径段的孔壁固定配合，且导套4的外侧面与上部大孔径段的孔壁之间设有密封结构；导套4的内侧面与中部中孔径段的孔壁齐平；导套4的下端面与上部大孔径段和中部中孔径段之间的连接面固定配合；导套4的内侧面上端延伸设置有静限位凸环，且静限位凸环的侧面与下部小孔径段的孔壁齐平；导套4的外侧面开设有环形导水凹槽，且环形导水凹槽分别与相邻的两个导水孔3连通；环形导水凹槽的槽底与导套4的内侧面之间贯通开设有M个漏水孔，且各个漏水孔围绕导套4的轴线等距排列；M为偶数，且M≥4；其中两个漏水孔分别与相邻的两个导水孔3正对；压环5的外侧面设有外螺纹，且压环5的外侧面与上部大孔径段的孔壁上端螺纹配合；压环5的内侧面与静限位凸环的侧面齐平；压环5的下端面分别紧压导套4的上端面和静限位凸环的上端面；销杆6呈横向设置；销杆6的两端分别固定穿设于两个漏水孔内，且销杆6的两端面均与环形导水凹槽的槽底齐平；上柱塞7a位于销杆6的上方；上柱塞7a的下端面中央开设有上驱动凹腔；上柱塞7a的外侧面分别与静限位凸环的侧面和压环5的内侧面滑动配合，且上柱塞7a的外侧面与静限位凸环的侧面之间设有密封结构；上柱塞7a的外侧面下端延伸设置有上滑动限位凸环，且上滑动限位凸环的侧面与导套4的内侧面滑动配合；下柱塞7b位于销杆6的下方；下柱塞7b的上端面中央开设有下驱动凹腔；下柱塞7b的外侧面与下部小孔径段的孔壁滑动配合，且下柱塞7b的外侧面与下部小孔径段的孔壁之间设有密封结构；下柱塞7b的外侧面上端延伸设置有下滑动限位凸环，且下滑动限位凸环的侧面分别与导套4的内侧面和中部中孔径段的孔壁滑动配合；上复位弹簧8a的两端分别与上驱动凹腔的腔底和销杆6的中部固定；下复位弹簧8b的两端分别与下驱动凹腔的腔底和销杆6的中部固定。

具体实施时，导套4的外侧面分别开设有第一密封槽、第二密封槽、第三密封槽；第一密封槽、第二密封槽均位于环形导水凹槽的上方；第三密封槽位于环形导水凹槽的下方；第一密封槽、第二密封槽、第三密封槽内各嵌装有一个超高压静密封圈9；静限位凸环的侧面分别开设有第四密封槽、第五密封槽，且第四密封槽位于第五密封槽的下方；下部小孔径段的孔壁分别开设有第六密封槽、第七密封槽，且第六密封槽位于第七密封槽的上方；第四密封槽、第六密封槽内各嵌装有一个超高压PE组合往复密封圈10；第五密封槽、第七密封槽内各嵌装有一个双唇口防尘圈11。上复位弹簧8a、下复位弹簧8b均采用高强度不锈钢弹簧。

设计图

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