水锤破岩系统及方法
技术领域
本发明涉及破岩领域，具体来说，涉及一种水锤破岩系统及方法。
背景技术
矿山开采，石材、混凝土的破碎、矿石的分裂等工作，通常采用炸药爆破、机械设备凿岩、静态爆破、人工劈胀等方法，其中炸药爆破方式具有危险性及有毒有害气体排放等缺点，机械设备凿岩具有操作复杂、成本高、故障率高等缺点，静态爆破有着耗时过长、效率低等缺点，人工劈胀则有着工人劳动强度大、效率低、操作复杂的缺点。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种水锤破岩系统及方法，能够解决上述问题。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种水锤破岩系统，包括冲击头，所述冲击头的两端分别连接有防漏储水器和冲击装置。
进一步的，所述冲击装置为燃气冲击装置或液压冲击装置。
进一步的，所述防漏储水器包括受力连接块、紧固卡环、柔性储水囊，所述受力连接块和所述柔性储水囊通过所述紧固卡环连接，所述受力连接块中设置有注水孔；所述受力连接块用于承接冲击力向所述柔性储水囊内的水传递冲击力。
进一步的，所述柔性储水囊为橡胶薄膜或塑料薄膜。
一种水锤破岩方法，包括步骤：
S1预先在要破碎的岩石上面打孔；
S2在孔内注满水；
S3将冲击装置对准岩孔放置；
S4启动液压快速冲击装置，冲击头快速冲击到岩孔内，将势能冲击传递给岩孔内的水，岩孔顶部的水被压迫向岩石传递力量，由于岩孔底部和孔壁为封闭状态，水在岩孔内开始压力上升，当压力升高到大于岩石的抗撕裂力时，岩石开裂破碎。
6.根据权利要求5所述的水锤破岩方法，其特征在于，所述S2中孔为非垂直状态时，将装满水的柔性水袋放入孔中。
本发明的有益效果：
1、本发明利用水与岩石或混凝土接触，传导动能来实现破碎的功能，避免了机械装置直接与岩石接触导致的损坏、磨损等问题的发生。
2、本发明不需要将传递动能的机械部分放入岩孔内，避免了因岩孔过度弯曲、内径不均匀导致无法施工的问题，如劈裂枪、劈裂棒需要岩孔不能过度弯曲、岩孔内径不均匀造成不能放入的弊端。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是水锤破岩系统第一种的示意图；
图2是防漏储水器的示意图；
图3是水锤破岩系统第二种的示意图；
图4是冲击装置为燃气冲击系统的示意图；
图5是冲击装置为柔性液压冲击系统的示意图；
图6是图5中柔性液压器的示意图；
图7是冲击装置为图6蓄能和冲击的对比图；
图8是冲击装置为液压冲击系统的示意图。
图中：1.冲击头，2.防漏储水器，21.受力连接块，22.紧固卡环，23.柔性储水囊，3.冲击装置，4水。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
原理：将水置于打好的孔内，采用与岩孔同等直径的冲击头1，高速冲向岩孔内的水面，由于岩孔是相对密闭的，水受力后瞬间压力上升，水与岩石或者混凝土的接触，水压在大于岩石或混凝土的抗撕裂力后，开始裂开甚至直接破碎。由于冲击的速度非常快，可以达到每秒上千米的速度，水来不及从岩孔与冲击头1的空隙泄出，岩石已经开裂,原理如图1所示。
作业面可竖直打孔时，直接在竖直孔内注水即可，可同时多个孔位同时作业，如图2所示。
当本技术在非垂直使用时会存在孔内无法存水的问题，所有在水平或其它方式使用时采用防漏储水器，其结构如图3所示：
防漏储水器由受力连接块21、紧固卡环22、柔性储水囊23组成，其中受力连接块21为金属材料，用来连接固定柔性储水囊23，同时通过中间的孔将水压入柔性储水囊23，使柔性储水囊23膨胀变大并贴紧孔壁，受力连接块21还具有承接冲击力向孔内的水传递力量的作用。
柔性储水囊23可采用橡胶、塑料薄膜或其它弹性体材料；
紧固卡环22用来将柔性储水囊23固定在受力连接块21上面，使其不会脱落不会漏水，可采用塑料扎带、卡箍、卡环等实现，或专用卡环。
当水进入柔性储水囊23膨胀变大，孔内的空气会沿着防漏储水器与岩孔的缝隙排出。出水囊充水时如图4所示：储水囊充水逐渐充满充满孔，
操作过程为：
1、预先在要破碎的岩石上面打孔；
2、将孔内注满水；
3、将液压快速冲击装置对准岩孔放置，
4、启动冲击装置，冲击头快速冲击到岩孔内，将势能冲击传递给岩孔内的水，岩孔顶部的水被压迫向岩石传递力量，由于岩孔底部和孔壁为封闭状态，水在岩孔内开始压力上升，当压力升高到大于岩石的抗撕裂力时，岩石开裂破碎。
冲击装置可以用以下系统实现：1、燃气冲击系统；2、柔性液压冲击系统；3、液压系统如图；分别介绍如下：
1、燃气冲击系统：采用可燃混合气体爆燃产生冲击势能的原理实现冲击破岩。混合气可选用各种燃油或燃气与空气的混合气，如柴油、汽油、液化气、天然气、乙炔气等与空气比例混合后通过混合进气阀进入燃烧室，通过火花塞引燃混合气，产生爆燃，气体膨胀推动活塞运动，进而带动活塞推杆向外快速输出冲击力，从而实现破岩。冲击破岩系统如图4所示：
其步骤如下：
1）混合气通过进气阀进入燃烧室；
2）火花塞放电引燃混合气，产生爆燃；
3）气体膨胀推动活塞运动，进而带动活塞推杆向外快速输出冲击力，实现破岩；
4）打开排气手柄，推动活塞推杆带动活塞返回，燃烧完的废气通过排气阀排出；
5）重复1~4的动作进行下一次的破岩。
为防止误操作空载运行，在燃气冲击系统下面设置了弹性阻尼环，用以消减活塞的冲击力，来保护燃气冲击系统不会被损坏。
2、柔性液压冲击系统：在柔性材料内冲压泄压，材料的弹性势能通过装置内弹簧带动推动推杆推出，实现弹性势能转化为动能，其控制原理如图5所示：
由储液箱SHP01、液压泵SHP02、安全阀SHP03、调压阀SHP04、压力表SHP05等组成液压源，提供所需液压源，其增压液体可以采用液压油或水作为压力液。二位二通SHP07、二位三通SHP06并联在柔性液压冲击器SHP10的进液管路上面。
开机运行初始二位二通SHP07、二位三通SHP06均为截至状态。当柔性液压冲击器SHP10开始蓄能时，控制二位三通SHP06切换为向柔性液压冲击器SHP10充入压力液，当需要冲击作业时，二位二通SHP07、二位三通SHP06同时动作，为柔性液压冲击器SHP10泄压，从而使推杆SHP17快速向外运动，形成破岩冲击。
柔性液压器SHP-10结构如图6所示：
进液端SHP11，固定端块SHP12，导向稳定钢套SHP13，柔性液压缸SHP14，蓄压弹簧SHP15，活动连接块SHP16，推杆SHP17等组成。其过程分为蓄能与冲击两个步骤。
蓄能：当压力液通过进液端SHP11进入柔性液压缸SHP14，柔性液压缸SHP14开始变粗变短，带动蓄压弹簧SHP15、活动连接块SHP16，推杆SHP17回缩，蓄压弹簧SHP15压缩蓄能，柔性液压缸SHP14变形压力储能。
冲击：当压力液通过进液端SHP11为排出泄压时，柔性液压缸SHP14迅速变细变长，同时蓄压弹簧SHP15也从压缩状态迅速伸长，柔性液压缸SHP14的压力能和蓄压弹簧SHP15的压缩势能共同发力，推动推杆SHP17向外输出冲击势能。
如图7所示两个过程对比示意。
3、液压冲击系统：液压冲击系统利用液压油缸快速移动带动冲击头1实现开裂岩石，液压油缸在外推时，利用蓄能器HP07储存的压力油，迅速注入冲击缸HP10来实现，为了减小蓄能器HP07卸油时的压力衰减，增加辅助气瓶HP08利用气体可压缩系数高的特性来实现，其原理如图8所示：油箱HP01、液压泵HP02、安全阀HP03、调压阀HP04、压力表HP05、单向阀HP06、蓄能器HP07、辅助气瓶HP08、二位二通HP09、冲击缸HP10、二位四通HP11。
开机准备：二位二通HP09闭合状态、液压油从油箱HP01经由液压泵HP02加压，一路通过单向阀HP06进入蓄能器HP07；一路经由二位四通HP11进入冲击缸HP10使其回缩。
冲击：二位四通HP11切换到冲击缸HP10伸出，同时二位二通HP09与其联动打开，此时蓄能器HP07内的液压油与二位四通HP11合并进入冲击缸HP10，使冲击缸HP10高速冲出。
本发明可配套安装在工程机械使用，如挖掘机大臂前端，凿岩台车支臂上。而液压方式的更是可以结合工程车辆上面的液压系统直接当液压动力源来实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
