CN108827086B - 一种基于安全气囊气体发生剂的致裂筒及其近人爆破方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于安全气囊气体发生剂的致裂筒及其近人爆破方法，该致裂筒包括气体发生剂壳体和气体发生剂，所述气体发生剂需要一定压下才能触发点燃，该气体发生剂包括氧化剂、丙烯酸酯交联剂、增塑剂、乙烯基三硅烷润滑剂、燃烧剂硝酸胍和催化剂氧化铁；所述气体发生剂壳体内设置有一定压力，还设有电阻丝，所述电阻丝通过气体发生剂壳体外部的延时器与插头连接，插头上还设有用于连接外部线路的引脚。该致裂筒在大气常压下不能被触发引燃的安全环保型气体发生剂，且操作方便高效。

Description

一种基于安全气囊气体发生剂的致裂筒及其近人爆破方法

技术领域

本发明涉及爆破施工领域，尤其涉及一种基于安全气囊气体发生剂的致裂筒及其近人爆破方法。

背景技术

在目前的爆破施工中，采用炸药爆破仍旧是绝对主流的生产方式。但是炸药爆破方式有着无法避免的缺点，如作业风险比较高，安全隐患比较大，容易引起炮烟中毒，而且炸药的使用规定相对比较严格等等缺点。随着科学技术的不断革新，近些年非炸药破碎方法得到了不断发展和应用.主要以机械、射流和气体膨胀做功，并以较小的的拉应力引起岩石破碎。

采用机械和高压射流破碎岩石，最大的缺点是效率低，劳动强度大，需要设备，消耗能源，应用范围较小。二氧化碳开采器是利用液态二氧化碳瞬间汽化释放巨大冲击波对爆破介质做功，以达到对介质的破裂、贯穿和破坏目的，具有平稳、持久、安全、操作简单、易于控制、地震波小、成本低、适应面广等优点。可以应用于各种金属或非金属矿山、石材、石料、花岗岩、大理石的爆破，料仓和管道疏通，各种锅炉炼炉后的松动，也可开山造地或用于建筑工程。环境复杂的接近居民区、房屋和公路等构筑物的岩石开挖。但是二氧化碳开采器是采用钢材作为设备的原材料，每根开采器重量在20-80kg，从组装、充装液体和现场连接及放置，全部设备采用人工操作，最低需要运搬4次，工人劳动强度非常繁重，工作效率低，与炸药使用方便快捷相比，这些因素已经影响了该项技术的广泛推广应用。近些年来，随着我国经济建设的发展和爆破要求的复杂化，城市建设和工厂矿山的改建扩建，都遇到拆旧建新的问题，传统的爆破方法经常会受到很大限制，不能满足工程的要求。近人爆破是世界上近年发展起来的一种破坏混凝土或岩石的控制爆破新技术，1979年以来，我国开始试验研究近人爆破，目前己在许多地方推广应用。但是一般使用近人爆破方法的均是基于含有高温金属粉末的膨胀气体破坏岩石，产生的金属粉末和气体中含有有毒有害物质，对环境有一定污染。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足之处，提供了一种在大气常压下不能被触发引燃的安全环保型气体发生剂，且操作方便高效的基于安全气囊气体发生剂的致裂筒及其近人爆破方法。

为了实现上述目的，本发明所设计的基于安全气囊气体发生剂的致裂筒，包括气体发生剂壳体和气体发生剂，其特殊之处在于：所述气体发生剂需要一定压下才能触发点燃，该气体发生剂包括氧化剂、丙烯酸酯交联剂、增塑剂、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷润滑剂、燃烧剂硝酸胍和催化剂氧化铁；所述气体发生剂壳体内设置有一定压力，还设有电阻丝，所述电阻丝通过气体发生剂壳体外部的延时器与插头连接，所述插头上还设有用于连接外部线路的引脚。

进一步地，所述气体发生剂的成分按质量配比为：氧化剂45％，丙烯酸酯交联剂10％，增塑剂2％，乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷润滑剂3％，燃烧剂38％，氧化铁2％。该配比在常压下不能被引燃。

更进一步地，所述气体发生剂壳体内压力为2MPa。

进一步地，所述气体发生剂壳体外还设置有圆筒形燃烧室壳体，所述燃烧室壳体上设置有使燃烧室壳体形成密闭空间的上端盖，所述插头和引脚设置在上端盖上。壳体可以保证气体发生剂于炮孔中心，实现气体发生剂的充分燃烧并产生高压气体，保障爆破效果。

进一步地，所述燃烧室壳体材质为硬PVC塑料，所述气体发生剂壳体为 PE塑料。该材质抗压强度高，保障气体发生剂产品制作过程的安全。

进一步地，所述氧化剂为高氯酸铵和硝酸铵。

本发明还设计了一种基于安全气囊气体发生剂的致裂筒的近人爆破方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

S1致裂筒的组装：向装有气体发生剂的气体发生剂壳体内压缩空气使壳体内压力达到2Mpa，在电爆管引脚线上接上电线；

S2炮孔的设置：在爆破位置打用于安置致裂筒的炮孔，所述炮孔的深度大于致裂筒长度；

S3致裂筒的安置：将致裂筒置于炮孔孔底，使用快凝砂浆将炮孔堵塞，再根据需要将各致裂筒进行分组串联或并联连接，并进行电阻值的检查，该致裂筒的安置过程均包含对电路的检测，以确认整个电路无短路断路；

S4致裂的爆破：至少一小时后，待快凝砂浆凝固成块，利用远程控制起爆器，引发致裂管进行爆破。

优选地，所述步骤S3中使用快凝砂浆将炮孔堵塞，其堵塞长度为1.5 倍炮孔间距。该堵塞距离是为了控制飞石和冲炮危害。

本发明的优点在于：

1)本发明通过将气体发生剂装入致裂筒气体发生剂壳体中，壳体一端封闭，另一端连接螺旋状电阻丝穿过气体发生剂，通过引脚连接电路加热气体发生剂，气体发生剂在2MPa的密闭环境中才能被引燃，发生强烈的氧化还原反应并产生大量的高压气体向外爆发，大大降低了致裂筒的安全隐患、震动效应、噪音和飞石量，解决了现有非炸药开采技术中二氧化碳开采器劳动强度大、工作效率低的问题。

2)气体发生剂产生的气体为氮气，水蒸气，和二氧化碳，均为无毒无害气体，相较于传统爆破方法，更加环保。

3)本发明的致裂筒与传统的二氧化碳开采器相比，不需要储气罐、充装设备和连接杆设备，因此，具有操作简单、使用方便、安全可靠、易搬运等优点。

4)传统的近人爆破方法大都基于铝热反应，在反应过程中产生了大量金属粉末和有害气体，对环境不友好，本发明将致裂筒应用于近人爆破的方法，简单高效，且无毒无害。

附图说明

图1为本发明的基于安全气囊气体发生剂的致裂筒。

图2为本发明的基于安全气囊气体发生剂的致裂筒安装示意图。

图中：引脚1，插头2，上端盖3，延时器4，电阻丝5，气体发生剂6，空腔7，致裂筒壳体8，气体发生剂壳体9，堵塞长度10，致裂筒11，导线12，石块或混凝土块13。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图所示的基于安全气囊气体发生剂的致裂筒，包括气体发生剂壳体9 和气体发生剂6，所述气体发生剂6需要一定压下才能触发点燃，该气体发生剂包括氧化剂、丙烯酸酯交联剂、增塑剂、乙烯基三2-甲氧基乙氧基硅烷润滑剂、燃烧剂硝酸胍和催化剂氧化铁；所述气体发生剂壳体9内设置有一定压力，还设有电阻丝5，所述电阻丝5通过气体发生剂壳体外部的延时器4与插头2连接，插头2上还设有用于连接外部线路的引脚1。气体发生剂壳体9外还设置有圆筒形燃烧室壳体8，燃烧室壳体8上设置有使燃烧室壳体8形成密闭空间的上端盖3，所述插头2和引脚1设置在上端盖3上。优选地，氧化剂为高氯酸铵和硝酸铵。

气体发生剂的成分按质量配比为：氧化剂45％，丙烯酸酯交联剂10％，增塑剂2％，乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷润滑剂3％，燃烧剂38％，氧化铁2％。根据质量配比，气体发生剂壳体内压力为2MPa。

优选地，燃烧室壳体8材质为硬PVC塑料，气体发生剂壳体为PE塑。

基于安全气囊气体发生剂的致裂筒的近人爆破方法为：

1)向装有气体发生剂的气体发生剂壳体内压缩空气使壳体内压力达到 2Mpa，在电爆管引脚线上接上电线；

2)利用钻机在需要爆破的位置打孔，孔的尺寸要能容纳致裂筒，且深度应大于致裂筒长度。

3)然后将致裂筒置于钻孔孔底，使用快凝砂浆将钻孔堵塞，堵塞长度一般为1.5倍孔间距。检查电线连接是否正确，以免断路。

4)使用测试仪测定各引脚电阻丝阻值，确认无短路短路，使用导线将各致列筒根据需求分组串联或并联，并测量电阻值，检查是否与理论值吻合。

5)至少一小时后，待快凝砂浆凝固成块后，可以起爆。将导线接入电路。

6)利用远程控制打开电源，加热电阻丝，使各个致裂筒气体发生剂发生化学反应产生大量气体，管内压力逐渐增大，最终实现致裂筒的爆破。

上述步骤6中，电阻丝通电后，在1s内将气体发生剂加热至不低于500 摄氏度。

本实施例中致裂筒具有如下技术参数：1)气体发生剂产生的最大压力：520MPa；2)爆破安全距离(爆破源与人或构筑物等的距离)：45m；3) 生成气体成分：氮气、水蒸气和二氧化碳；4)燃温2000K-3000K，燃烧 40-50mm/s，产气量35-45mol；5)每根致裂筒破岩方量为6m³。

如图2所示在的拆除混凝土或破碎大块矿石的作业中，致裂筒中气体发生剂成分及配比为：45％氧化剂：高氯酸铵和硝酸铵、10％丙烯酸酯交联剂、 2％增塑剂、3％乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷润滑剂、38％燃烧剂硝酸胍和2％催化剂氧化铁。每根致裂管的长度为90cm，直径为60cm。

步骤1、向装有气体发生剂的气体发生剂壳体内压缩空气使壳体内压力达到2Mpa，再将致裂筒11引脚与导线连接；连接外部燃烧室壳体，并连接上端盖，致裂筒11内空腔保持封闭状态，气体发生剂壳体9内的电阻丝5通过气体发生剂壳体外部的延时器4与插头2连接，上端盖的引脚连接外部导线。

步骤2、利用钻机在需要爆破的石块或混凝土块13位置打孔，孔的尺寸要能容纳致裂筒，且堵塞长度10约等于1.5倍孔间距。

步骤3、将致裂筒置于钻孔中，使用水泥将钻孔堵塞，将导线12露出。

步骤4、将每个致裂筒的导线连接，并连接电源。利用远程控制开关，接通电源，使致裂筒内电阻丝发热，使气体发生剂发生化学反应产生大量气体，管内压力逐渐增大，最终实现致裂筒的爆破。

上述步骤4中，电阻丝开始加热后，在1s内将气体发生剂加热至不低于500摄氏度。

该气体发生剂在密闭的致裂筒中经引燃后，将发生强烈的氧化还原反应，产生大量的高压气体，当气体的膨胀压力超过介质(岩石、混泥土等) 的抗拉强度时，介质被破裂并出现裂缝，同时气态产物穿入裂缝，通过气体的尖劈效应，使裂缝进一步扩大，致使炮孔(爆破工程中凿岩工序中所钻凿的孔)的裂缝贯通。达到预期的爆破效果。

致裂筒使用过程要规范化，施工时，严格按照爆破操作规程进行施工、爆破作业人员必须由经过爆破专业培训并取得爆破从业资格的人员实施。在爆破工程师的指导下完成布孔、钻孔、验收、装药、连线及起爆。以获得良好的爆破与安全效果。

该致裂筒不仅可以广泛应用于各种金属或非金属矿山、石材、石料、花岗岩、大理石矿山软岩、中等岩石和硬岩的开挖和开采，还可以应用于管道疏通和大块的破碎；建筑拆除和场地平整等土木工程；环境复杂的接近居民区、房屋和公路等构筑物的岩石开挖；巷道及隧道工程。

上述实施例仅用以说明本发明的具体实施方式，并非是对本发明保护范围的限制，所属领域的技术人员应当明白，凡在本发明技术方案的基础上，不需付出创造性劳动即可进行的修改或各种等效替换，均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于安全气囊气体发生剂的致裂筒，包括气体发生剂壳体(9)和气体发生剂(6)，其特征在于：所述气体发生剂(6)需要一定压下才能触发点燃，该气体发生剂包括氧化剂、丙烯酸酯交联剂、增塑剂、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷润滑剂、燃烧剂硝酸胍和催化剂氧化铁；所述气体发生剂壳体(9)内设置有一定压力，还设有电阻丝(5)，所述电阻丝(5)通过气体发生剂壳体外部的延时器(4)与插头(2)连接，所述插头(2)上还设有用于连接外部线路的引脚(1)，其中，所述气体发生剂的成分按质量配比为：氧化剂45％，丙烯酸酯交联剂10％，增塑剂2％，乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷润滑剂3％，燃烧剂38％，氧化铁2％；所述气体发生剂壳体内压力为2MPa。

2.根据权利要求1所述的基于安全气囊气体发生剂的致裂筒，其特征在于：所述气体发生剂壳体(9)外还设置有圆筒形燃烧室壳体(8)，所述燃烧室壳体(8)上设置有使燃烧室壳体(8)形成密闭空间的上端盖(3)，所述插头(2)和引脚(1)设置在上端盖(3)上。

3.根据权利要求2所述的基于安全气囊气体发生剂的致裂筒，其特征在于：所述燃烧室壳体（ 8） 材质为硬PVC塑料，所述气体发生剂壳体为PE塑料。

4.根据权利要求1所述的基于安全气囊气体发生剂的致裂筒，其特征在于：所述氧化剂为高氯酸铵和硝酸铵。

5.一种基于安全气囊气体发生剂的致裂筒的近人爆破方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1致裂筒的组装：向装有权利要求1所述的气体发生剂的气体发生剂壳体内压缩空气使壳体内压力达到2Mpa，在电 爆管引脚线上接上电线；

S2炮孔的设置：在爆破位置打用于安置致裂筒的炮孔，所述炮孔的深度大于致裂筒长度；

S3致裂筒的安置：将致裂筒置于炮孔孔底，使用快凝砂浆将炮孔堵塞，再根据需要将各致裂筒进行分组串联或并联连接，并进行电阻值的检查，该致裂筒的安置过程均包含对电路的检测，以确认整个电路无短路断路；

S4致裂的爆破：至少一小时后，待快凝砂浆凝固成块，利用远程控制起爆器，引发致裂管进行爆破。

6.根据权利要求5所述的基于安全气囊气体发生剂的致裂筒的近人爆破方法，其特征在于：所述步骤S3中使用快凝砂浆将炮孔堵塞，其堵塞长度为1.5倍炮孔间距。