CN103953342A - 一种用于煤矿的改进二氧化碳震裂装置及组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于煤矿的改进二氧化碳震裂装置及组装方法，包括依次组装在一起的释放部件，破裂部件和起爆部件；释放部件的一端开口且向内形成释放空间，释放部件的圆周壁上有一端与释放空间连通另一端与外界连通的径向释放孔；释放部件的开口端与起爆部件相配合处设有一个破裂部件；所述的起爆部件上设有引爆液压接口；破裂部件包括破裂片，在所述的破裂片的两端设有活塞刀和环形刀，且受压源来自于活塞刀一侧。改进的二氧化碳震裂装置采用液压能起爆，填补二氧化碳震裂装置液压能起爆空白。改进的二氧化碳震裂装置采用液压能起爆，在煤矿等高爆炸性气体环境下使用更加安全。改进的二氧化碳震裂装置采用液压能起爆，使用更加简便易行。

Description

一种用于煤矿的改进二氧化碳震裂装置及组装方法

 

技术领域

本发明涉及震裂装置，尤其是煤矿等爆炸性气体环境下使用的二氧化碳震裂装置及制作方法。

背景技术

现有技术领域的二氧化碳震裂装置主要有两类，一类是引进英国CARDOX公司的二氧化碳震裂装置，另一类是根据英国CARDOX公司的二氧化碳震裂装置的原理和结构通过技术改进形成的二氧化碳震裂装置。这两类二氧化碳震裂装置都是使用电能进行起爆的，电能起爆本身在高爆炸性气体环境下使用就是一种危险，而且电能起爆引起的高温还会产生一些一氧化碳等有害气体。另外，其破裂部件只包括一个破裂片，引爆时，需要很强的压力才能引爆。

发明内容

为了克服现有二氧化碳震裂装置存在的不足之处，而提供一种改进的二氧化碳震裂装置。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于煤矿的改进二氧化碳震裂装置，包括依次组装在一起的释放部件，破裂部件和起爆部件；所述的释放部件的一端开口且向内形成释放空间，释放部件的圆周壁上有一端与释放空间连通另一端与外界连通的径向释放孔；所述的释放部件的开口端与起爆部件相配合处设有一个破裂部件；所述的起爆部件上设有与液压源相连的引爆液压接口；所述的破裂部件包括破裂片，在所述的破裂片的至少一侧设有提供剪切力的刀具。

在所述的破裂片的两端设有活塞刀和环形刀，且受压源来自于活塞刀一侧。

所述的起爆部件内设有将其空间分割成受压空间和施压空间的隔离部件，且所述的起爆部件上设有与施压空间相通的引爆液压接口。

所述的起爆部件上设有与受压空间相通的二氧化碳灌注接口。

所述的隔离部件上设有与其为一体的且与受压空间相通的二氧化碳灌注接口；且隔离部件的轴向方向开有与灌注螺塞相互相配合的孔。

所述的起爆部件包括端部与释放部件相配合的起爆管，起爆管的尾部与起爆尾密封配合，在起爆管和起爆尾形成的腔体内设有隔离部件。

所述的隔离部件为隔离活塞体，所述的隔离活塞体包括相互为一体的大直径柱体和小直径柱体，有大直径柱体的一端，其内部设有端部开口的直孔，有小直径柱体一端的内部设有与灌注螺塞相配合的螺纹孔，所述的直孔和螺纹孔贯通；灌注接口位于小直径柱体一端的侧壁上，一端与螺纹孔连通，另一端与外界连通。

所述的起爆部件还包括承压环、第三密封圈和第三挡圈；

所述的起爆管的内部的一端设有与释放部件相配合的第一连接内螺纹，内部的另一端设有与承压环相配合的第二连接内螺纹，内部的中间有第一通孔，第一连接内螺纹的底部和第一通孔交界处有台肩；

所述的起爆尾外部的一端设有与起爆管相配合的第二连接外螺纹，有第二连接外螺纹的一端的内部有一端端部开口的第一半孔，另一端设有引爆液压接口。

所述的承压环的外部有与起爆管的第二连接内螺纹相配合的第三连接外螺纹，内部有第二通孔；

所述的第三密封圈和第三挡圈安装在起爆管和起爆尾之间，用来密封起爆管和起爆尾之间的缝隙；

所述的第一通孔、第二通孔和第一半孔连通，共同构成改进后的起爆空间。

所述的破裂部件的破裂片的材质为金属或承压高分子材料。

所述的释放部件的外部的一端有第一连接外螺纹，有第一连接外螺纹的一端的内部有一端端部开口的释放空间，圆周壁上有一端与释放空间连通另一端与外界连通的圆周分布的径向释放孔。

所述的活塞刀的圆周方向通过第二密封圈和第二挡圈与起爆管的内圈配合。

所述的震裂装置可以用于二氧化碳或二氧化碳及其他气体的混合物的震裂。

所述的用于煤矿的改进二氧化碳震裂装置及组装方法，如下：

1.将破裂部件的破裂片、活塞刀，环形刀、第二密封圈和第二挡圈清洗干净；

2.第二密封圈和第二挡圈按照顺序装入活塞刀的槽内，活塞刀连同第二密封圈和第二挡圈推入起爆部件的起爆管的第一通孔中；

3.破裂片和环形刀按照破裂片在先的顺序放置在起爆管的台肩上；

4.将释放部件的第一连接外螺纹旋入起爆部件的起爆管的第一连接内螺纹中，把破裂部件的环形刀、破裂片和起爆部件的起爆管的台肩严密地挤压在一起；

5.将隔离活塞体、第一密封圈、第一挡圈和灌注螺塞清洗干净后组装成隔离部件；

6.将隔离部件从起爆部件的起爆管的第二连接内螺纹一端推入起爆部件的起爆管的第一通孔中，旋入起爆部件的承压环，旋入起爆部件的起爆尾。

组装过程中，在旋入起爆部件的起爆尾之前，使灌注接口与二氧化碳源导通，松开灌注螺塞，液态二氧化碳注入爆炸空间。待注入足量的液态二氧化碳后，旋紧灌注螺塞关闭灌注接口，使爆炸空间与外界隔离。二氧化碳震裂装置液态二氧化碳灌装完成。

本发明的使用方法如下：

将引爆液压接口与液压源的管路接通，然后将二氧化碳震裂装置送入等待爆破的钻孔中。启动液压源，液压源的工作介质通过管路和引爆液压接口源源不断地进入引爆空间，引爆空间内的工作介质压强增大，推动隔离部件向爆炸空间一侧移动，引起爆炸空间内的液态二氧化碳压强增大，分布在破裂部件的活塞刀端部的轴向推力增大，对破裂片的剪切力增大，且在另一侧设有环形刀，产生与破裂片的剪切力方向相同的剪切力；当两者的剪切力之和产生的强度大于破裂片的剪切强度时，破裂片被剪破，液态二氧化碳进入释放部件的释放空间，并迅速发生相变形成气态二氧化碳通过径向释放孔向外界释放，产生爆炸。对钻孔进行爆破。

本发明与现有技术相比具有显著的优点： 

1、改进的二氧化碳震裂装置采用液压能起爆，填补二氧化碳震裂装置液压能起爆空白。

2、改进的二氧化碳震裂装置采用液压能起爆，在煤矿等高爆炸性气体环境下使用更加安全。

3、改进的二氧化碳震裂装置采用液压能起爆，使用更加简便易行。

4. 通过在破裂片的两侧设置活塞刀和环形刀，增大了破裂片的剪切力，加快了破裂片的爆破速度。

附图说明

图1：本发明的改进的二氧化碳震裂装置的实施例一的结构示意图。

图2：图1的释放部件的结构示意图。

图3：图1的破裂部件的结构示意图。

图4：图1的起爆部件的结构示意图。

图5：图1的隔离部件的结构示意图。

图6：图1的起爆部件和隔离部件组装在一起的结构示意图。

图7：本发明的改进的二氧化碳震裂装置的实施例二的结构示意图。

图8：图7的破裂部件的结构示意图。

图9：图7的起爆部件的结构示意图。

图10：图7的隔离部件4的结构示意图。

图11：图7的释放部件、破裂部件、起爆部件的一部分和隔离部件组装在一起准备灌装二氧化碳的结构示意图。

图中：1—释放部件、2—破裂部件、3—起爆部件、4—隔离部件、5—第一连接外螺纹、6—释放空间、7—径向释放孔、8—破裂片、9—密封垫圈、10—第一连接内螺纹、11—起爆空间、12—引爆液压接口、13—灌注螺塞、14—灌注接口、15—台肩、16—隔离活塞、17—第一密封圈、18—第一挡圈、19—爆炸空间、20—引爆空间、21—活塞刀、22—环形刀、23—密封圈、24—第二挡圈、25—起爆管、26—起爆尾、27—承压环、28—第三密封圈、29—第三挡圈、30—第二连接内螺纹、31—第一通孔、32—第二连接外螺纹、33—第一半孔、34—第三连接外螺纹、35—第二通孔、36—隔离活塞体、37—大直径柱体、38—小直径柱体、39—第二半孔、40—螺纹孔。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述：

实施例一

图1、图2、图3、图4、图5和图6示出本发明的改进的二氧化碳震裂装置的第一种结构。这一结构的改进的二氧化碳震裂装置，包括释放部件1，破裂部件2，起爆部件3和隔离部件4。图1是这一结构的改进的二氧化碳震裂装置的结构示意图，图2是释放部件1的结构示意图，图3是破裂部件2的结构示意图，图4是起爆部件3的结构示意图，图5是隔离部件4的结构示意图，图6是隔离部件4装入起爆部件3的结构示意图。

图2是释放部件1的结构。这一结构的释放部件1的外部的一端有第一连接外螺纹5，有第一连接外螺纹5的一端的内部有一端端部开口的释放空间6，圆周壁上有一端与释放空间6连通另一端与外界连通的圆周分布的径向释放孔7。

图3是破裂部件2的结构。这一结构的破裂部件2包括破裂片8和密封垫圈9。

图4是起爆部件3的结构。这一结构的起爆部件3的内部的一端有第一连接内螺纹10，有第一连接内螺纹10的一端的内部有一端端部开口的起爆空间11，另一端有引爆液压接口12，有第一连接内螺纹10的一端的圆周壁上有一端与起爆空间11连通另一端由灌注螺塞13封闭的灌注接口14，第一连接内螺纹10的底部和起爆空间11交界处有台肩15。

图5是隔离部件4的结构。这一结构的隔离部件4包括隔离活塞16，第一密封圈17和第一挡圈18。

图6是起爆部件3和隔离部件4组装在一起的结构。隔离部件4将起爆部件3的起爆空间11分隔成为爆炸空间19和引爆空间20两个隔离的部分。

图1是本发明的改进的二氧化碳震裂装置组装完成的结构。将隔离活塞15、第一密封圈16和第一挡圈17清洗干净后组装成隔离部件4。将隔离部件4推入起爆部件3的起爆空间11中，并推送至底部，将起爆空间11分隔成爆炸空间19和引爆空间20两个隔离的部分。将破裂片8和密封垫圈9组成的破裂部件2，按照密封垫圈9在先的顺序放在起爆部件3的第一连接内螺纹10的底部的台肩15上。将释放部件1的第一连接外螺纹5旋入起爆部件3的第一连接内螺纹10中，把破裂部件2的破裂片8、密封垫圈9和起爆部件3的台肩15严密地挤压在一起，实现密封。本发明的改进的二氧化碳震裂装置组装完成。

使灌注螺塞13与二氧化碳源连通。松开灌注螺塞13，使灌注接口14与二氧化碳源导通，液态二氧化碳注入爆炸空间19。待注入足量的液态二氧化碳后，旋紧灌注螺塞13封闭灌注接口14，使爆炸空间19与外界隔离。二氧化碳震裂装置液态二氧化碳灌装完成。

将引爆液压接口12与液压源的管路接通，然后将二氧化碳震裂装置送入等待爆破的钻孔中。启动液压源，液压源的工作介质通过管路和引爆液压接口12源源不断地进入引爆空间20，引爆空间20内的工作介质压强增大，推动隔离部件4向爆炸空间19一侧移动，引起爆炸空间19内的液态二氧化碳压强增大，分布在破裂部件2的破裂片8上的轴向推理增大，破裂片8在释放空间6开口处受到的剪切力增大。当破裂片8在释放空间6开口处受到的剪切力大于其剪切强度时，破裂片8在释放空间6开口处破裂，液态二氧化碳进入释放部件1的释放空间6，并迅速发生相变形成气态二氧化碳通过径向释放孔7向外界释放，产生爆炸。对钻孔进行爆破。

改进的二氧化碳震裂装置采用液压能起爆，填补二氧化碳震裂装置液压能起爆空白。改进的二氧化碳震裂装置采用液压能起爆，在煤矿等高爆炸性气体环境下使用更加安全。改进的二氧化碳震裂装置采用液压能起爆，使用更加简便易行。

实施例二

图7、图8、图9、图10和图11示出本发明的改进的二氧化碳震裂装置的第二种结构。这一结构的改进的二氧化碳震裂装置是在实施例一的基础上改进形成的，同样包括释放部件1，破裂部件2，起爆部件3和隔离部件4。出于对性能、制造、装配等方面的考虑，对破裂部件2，起爆部件3和隔离部件4进行了相应地改变。图7是这一结构的改进的二氧化碳震裂装置的结构示意图，图8是破裂部件2的结构示意图，图9是起爆部件3的结构示意图，图10是隔离部件4的结构示意图，图11是释放部件1，破裂部件2，起爆部件3的一部分和隔离部件4组装在一起准备灌装二氧化碳的结构示意图。

释放部件1的结构与实施例一相同。

图8是改进后的破裂部件2的结构。这一结构的破裂部件2包括破裂片8、活塞刀21，环形刀22、第二密封圈23和第二挡圈24，去掉了密封垫圈9。破裂片8与实施例一相同。破裂片8、活塞刀21，环形刀22、第二密封圈23和第二挡圈24共同构成改进后的破裂部件2。

图9是改进后的起爆部件3的结构。这一结构的起爆部件3包括起爆管25、起爆尾26、承压环27、第三密封圈28和第三挡圈29，去掉了灌注螺塞13和灌注接口14。

起爆管25的内部的一端有与实施例一相同的第一连接内螺纹10，内部的另一端有第二连接内螺纹30，内部的中间有第一通孔31，第一连接内螺纹10的底部和第一通孔31交界处有与实施例一相同的台肩15。

起爆尾26外部的一端有第二连接外螺纹32，有第二连接外螺纹32的一端的内部有一端端部开口的第一半孔33，另一端与实施例一相同有引爆液压接口12。

承压环27的外部有第三连接外螺纹34，内部有第二通孔35。

先用承压环27的第三连接外螺纹34旋入起爆管25的第二连接内螺纹30，并旋送至底部，然后用起爆尾26的第二连接外螺纹32旋入起爆管25的第二连接内螺纹30，压紧承压环27，第三密封圈28和第三挡圈29安装在起爆管25和起爆尾26之间，用来密封起爆管25和起爆尾26之间的缝隙。

起爆管25、起爆尾26、承压环27、第三密封圈28和第三挡圈29组装在一起共同构成改进后的起爆部件3。第一通孔31、第二通孔35和第一半孔33连通，共同构成改进后的起爆空间11。

图10是改进后的隔离部件4的结构。这一结构的隔离部件4包括与实施例一的隔离活塞16作用相同的隔离活塞体36，以及与实施例一作用相同的灌注螺塞13、灌注接口14、第一密封圈17和第一挡圈18。

隔离活塞体36包括大直径柱体37和小直径柱体38，有大直径柱体37一端的内部有一端端部开口的第二半孔39，有小直径柱体38一端的内部有螺纹孔40，第二半孔39和螺纹孔40贯通。灌注接口14位于小直径柱体38一端的侧壁上，一端与螺纹孔40连通，另一端与外界连通。

灌注螺塞13旋入螺纹孔40中。

图11是释放部件1，破裂部件2，起爆部件3的一部分和隔离部件4组装在一起准备灌装二氧化碳的结构。

图7是本发明的改进的二氧化碳震裂装置组装完成的结构。将破裂部件2的破裂片8、活塞刀21，环形刀22、第二密封圈23和第二挡圈24清洗干净，第二密封圈23和第二挡圈24按照顺序装入活塞刀21的槽内，活塞刀21连同第二密封圈23和第二挡圈24推入起爆部件3的起爆管25的第一通孔31中，破裂片8和环形刀22按照破裂片8在先的顺序放置在起爆管25的台肩15上。将释放部件1的第一连接外螺纹5旋入起爆部件3的起爆管25的第一连接内螺纹10中，把破裂部件2的环形刀22、破裂片8和起爆部件3的起爆管25的台肩15严密地挤压在一起。

将隔离活塞体36、第一密封圈16、第一挡圈17和灌注螺塞13清洗干净后组装成隔离部件4。将隔离部件4从起爆部件3的起爆管25的第二连接内螺纹30一端推入起爆部件3的起爆管25的第一通孔31中，旋入起爆部件3的承压环27，旋入起爆部件3的起爆尾26，本发明的改进的二氧化碳震裂装置组装完成。

组装过程中，在旋入起爆部件3的起爆尾26之前，使灌注接口14与二氧化碳源导通，松开灌注螺塞13，液态二氧化碳注入爆炸空间19。待注入足量的液态二氧化碳后，旋紧灌注螺塞13关闭灌注接口14，使爆炸空间19与外界隔离。二氧化碳震裂装置液态二氧化碳灌装完成。

将引爆液压接口12与液压源的管路接通，然后将二氧化碳震裂装置送入等待爆破的钻孔中。启动液压源，液压源的工作介质通过管路和引爆液压接口12源源不断地进入引爆空间20，引爆空间20内的工作介质压强增大，推动隔离部件4向爆炸空间19一侧移动，引起爆炸空间19内的液态二氧化碳压强增大，分布在破裂部件2的活塞刀21端部的轴向推力增大，对破裂片8的剪切力增大。当剪切力产生的强度大于破裂片8的剪切强度时，破裂片8被剪破，液态二氧化碳进入释放部件1的释放空间6，并迅速发生相变形成气态二氧化碳通过径向释放孔7向外界释放，产生爆炸。对钻孔进行爆破。

改进的二氧化碳震裂装置采用液压能起爆，填补二氧化碳震裂装置液压能起爆空白。改进的二氧化碳震裂装置采用液压能起爆，在煤矿等高爆炸性气体环境下使用更加安全。改进的二氧化碳震裂装置采用液压能起爆，使用更加简便易行。

Claims (10)

1.一种用于煤矿的改进二氧化碳震裂装置，包括依次组装在一起的释放部件，破裂部件和起爆部件；所述的释放部件的一端开口且向内形成释放空间，释放部件的圆周壁上有一端与释放空间连通另一端与外界连通的径向释放孔；所述的释放部件的开口端与起爆部件相配合处设有一个破裂部件；其特征在于：所述的起爆部件上设有与液压源相连的引爆液压接口；所述的破裂部件包括破裂片，在所述的破裂片的至少一侧设有提供剪切力的刀具。

2.如权利要求1所述的用于煤矿的改进二氧化碳震裂装置，其特征在于：所述的起爆部件内设有将其空间分割成受压空间和施压空间的隔离部件，且所述的起爆部件上设有与施压空间相通的引爆液压接口。

3. 如权利要求1所述的用于煤矿的改进二氧化碳震裂装置，其特征在于：所述的隔离部件上设有与其为一体的且与受压空间相通的二氧化碳灌注接口；且隔离部件的轴向方向开有与灌注螺塞相互相配合的孔。

4. 如权利要求3所述的用于煤矿的改进二氧化碳震裂装置，其特征在于：所述的起爆部件包括端部与释放部件相配合的起爆管，起爆管的尾部与起爆尾密封配合，在起爆管和起爆尾形成的腔体内设有隔离部件。

5. 如权利要求3所述的用于煤矿的改进二氧化碳震裂装置，其特征在于：所述的隔离部件为隔离活塞体，所述的隔离活塞体包括相互为一体的大直径柱体和小直径柱体，有大直径柱体的一端，其内部设有端部开口的直孔，有小直径柱体一端的内部设有与灌注螺塞相配合的螺纹孔，所述的直孔和螺纹孔贯通；灌注接口位于小直径柱体一端的侧壁上，一端与螺纹孔连通，另一端与外界连通。

6.如权利要求3所述的用于煤矿的改进二氧化碳震裂装置，其特征在于：所述的起爆管的内部的一端设有与释放部件相配合的第一连接内螺纹，内部的另一端设有与承压环相配合的第二连接内螺纹，内部的中间有第一通孔，第一连接内螺纹的底部和第一通孔交界处有台肩。

7.如权利要求3所述的用于煤矿的改进二氧化碳震裂装置，其特征在于：所述的起爆尾外部的一端设有与起爆管相配合的第二连接外螺纹，有第二连接外螺纹的一端的内部有一端端部开口的第一半孔，另一端设有引爆液压接口。

8. 如权利要求3所述的用于煤矿的改进二氧化碳震裂装置，其特征在于：所述的起爆部件还包括承压环、第三密封圈和第三挡圈；所述的承压环的外部有与起爆管的第二连接内螺纹相配合的第三连接外螺纹，内部有第二通孔；所述的第三密封圈和第三挡圈安装在起爆管和起爆尾之间，用来密封起爆管和起爆尾之间的缝隙。

9. 如权利要求3所述的用于煤矿的改进二氧化碳震裂装置，其特征在于：所述的释放部件的外部的一端有第一连接外螺纹，有第一连接外螺纹的一端的内部有一端端部开口的释放空间，圆周壁上有一端与释放空间连通另一端与外界连通的圆周分布的径向释放孔；

所述的活塞刀的圆周方向通过第二密封圈和第二挡圈与起爆管的内圈配合。

10. 如权利要求1-9任一权利要求所述的用于煤矿的改进二氧化碳震裂装置的组装方法，其特征在于，如下：

步骤1.将破裂部件的破裂片、活塞刀，环形刀、第二密封圈和第二挡圈清洗干净；

步骤2.第二密封圈和第二挡圈按照顺序装入活塞刀的槽内，活塞刀连同第二密封圈和第二挡圈推入起爆部件的起爆管的第一通孔中；

步骤3.破裂片和环形刀按照破裂片在先的顺序放置在起爆管的台肩上；

步骤4.将释放部件的第一连接外螺纹旋入起爆部件的起爆管的第一连接内螺纹中，把破裂部件的环形刀、破裂片和起爆部件的起爆管的台肩严密地挤压在一起；

步骤5.将隔离活塞体、第一密封圈、第一挡圈和灌注螺塞清洗干净后组装成隔离部件；

步骤6.将隔离部件从起爆部件的起爆管的第二连接内螺纹一端推入起爆部件的起爆管的第一通孔中，旋入起爆部件的承压环，旋入起爆部件的起爆尾。