CN108871130A - 一种可实现孔壁密封的等离子体爆破岩石机械装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可实现孔壁密封的等离子体爆破岩石机械装置，置于爆破岩石时所钻的钻孔中，包括第一套管和等离子体生成部；第一套管上固定套设有膨胀部；等离子体生成部至少部分位于第一套管内，第一套管上膨胀部的下端构造有供等离子体生成部释放能量的第一开口。在爆破的过程中，该装置的膨胀部至少部分能够在等离子生成部释放能量而产生的爆破冲击力作用下进行膨胀，并与钻孔内壁紧密接触，从而实现自锁密封，以阻止第一套管脱离钻孔，将爆破的能量封堵于钻孔内，防止了爆破能量泄露，进而提高了爆破效率和爆破效果。
Description
技术领域
本发明涉及岩体碎岩技术领域，特别是涉及一种可实现孔壁密封的等离子体爆破岩石机械装置。
背景技术
等离子体碎岩技术是国内外新兴的一种高效碎岩方法，通过高压脉冲在电极处放电产生等离子体，电介质在高温高压作用下，在钻孔内对岩石进行破碎。电爆法产生的作用力是对岩石的纵向拉应力，破碎的效果更好，破岩过程无污染及飞石，能量消耗少，噪音、危险性低岩。
韩国、俄罗斯、美国等国家都对等离子体碎岩技术进行了研究工作，而且部分等离子体碎岩设备在工程上已经得到使用。美国奥本大学的太空研究中心,单次脉冲200kJ,冲击电流达200kA，并且掌握自主研发的新型电极与特殊电介质技术，能够炸开体积比较大的岩石，而且岩石断裂过程无飞石、粉尘等；加拿大Noranda公司设备的单次放电能量300kJ,在连续放电250次后,处理矿石为3～4吨；俄罗斯科学院稀土元素研究所，将该技术用于粉碎碟灰岩-霞石矿；韩国，日本在等离子体碎岩岩石裂纹扩展断裂方面进行了研究。
在现场施工过程中，需要在岩石上进行预打孔，然后孔内放电形成等离子体，从而爆破岩石。发明人经过研究发现，在岩石爆破过程中，孔壁密封的性能会直接影响爆破效果和能量利用效率，但目前的技术中常常存在如下问题：
1、爆破装置结构复杂，成本高、不便于操作；
2、在爆破过程中，经常出现爆破装置脱离钻孔的情况，严重影响爆破效率和爆破效果。
因此，目前急需一种结构简单，且能够实现在爆破过程中，靠爆破冲击力自锁密封，从而提高爆破效率和爆破效果的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种可实现孔壁密封的等离子体爆破岩石机械装置，其结构简单且能够在爆破过程中，靠爆破的冲击力自锁密封，从而提高爆破效率和爆破效果。
为了实现上述目的，本发明提供了一种可实现孔壁密封的等离子体爆破岩石机械装置，设置于爆破岩石时所钻的钻孔中，包括第一套管和等离子体生成部；
所述第一套管上固定套设有膨胀部；
所述等离子体生成部至少部分位于所述第一套管内，所述第一套管上膨胀部的下端构造有供所述等离子体生成部释放能量的第一开口；
其中，在所述等离子生成部释放能量时，所述膨胀部上至少部分能够向远离所述第一套管外壁的一侧膨胀，且与所述钻孔内壁紧密接触，以阻止所述第一套管脱离所述钻孔。
可选地或优选地，所述膨胀部为一圆筒，在所述第一套管的轴向上，所述圆筒上开设有至少一条第二开口，所述第二开口的下端与所述圆筒的下端导通。
可选地或优选地，所述圆筒上开设有孔，所述孔与所述第二开口一一对应，且所述第二开口的上端与所述孔连通。
可选地或优选地，所述圆筒内壁的直径自上而下依次变大；
所述第一套管上与所述圆筒配合的外壁的直径自上而下依次变大。
可选地或优选地，所述圆筒的下端与所述第一开口的上端留有距离，且所述第一套管的外壁直径自所述圆筒的下端至所述第一开口的上端依次变大。
可选地或优选地，在所述第一套管上且位于所述圆筒的下端与所述第一开口的上端间设置有密封件。
可选地或优选地，所述第一套管外侧设有第一紧固螺母，所述第一紧固螺母通过螺纹与所述第一套管连接，所述第一紧固螺母能够阻止所述膨胀部朝所述第一套管上端移动。
可选地或优选地，所述第一开口位于所述第一套管的侧面；
所述等离子体生成部包括高压电极和低压电极，所述第一套管的下端设有下端盖；
所述高压电极至少部分位于所述第一套管内，所述下端盖与所述第一套管的下端通过螺纹连接，所述低压电极与所述下端盖连接。
可选地或优选地，还包括第一绝缘套管，所述第一绝缘套管至少部分位于所述第一套管内，所述高压电极至少部分位于所述第一绝缘套管内。
可选地或优选地，所述高压电极与所述低压电极通过金属丝连接。
本发明提供的一种可实现孔壁密封的等离子体爆破岩石机械装置，具有如下有益效果：
1、该装置结构简单，易于制造，安全可靠，便于操作；
2、在爆破的过程中，该装置的膨胀部至少部分能够在等离子生成部释放能量而产生的爆破冲击力作用下进行膨胀，并与钻孔内壁紧密接触，从而实现装置的自锁密封，以阻止第一套管脱离钻孔，将爆破的能量封堵于钻孔内，防止了爆破能量泄露，进而提高了爆破效率和爆破效果。
附图说明
图1为本发明公开的实施例可实现孔壁密封的等离子体爆破岩石机械装置的主视图；
图2为图1所示可实现孔壁密封的等离子体爆破岩石机械装置的A-A剖视图；
图3为图1所示可实现孔壁密封的等离子体爆破岩石机械装置与钻孔的配合示意图。
图中：
1.第一套管；101.第一开口；102.下端盖；
2.圆筒；201.第二开口；202.孔；
3.密封件；
4.第一紧固螺母；
501.高压电极；502.低压电极；
6.第一绝缘套管；601.第二绝缘套管；602.第三绝缘套管；603.第四绝缘套管；
7.第二紧固螺母；
8.岩石；801.钻孔。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
此外，需要理解的是，使用“第一”、“第二”、“第三”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
参考图1至3，本实施例提供的可实现孔壁密封的等离子体爆破岩石机械装置，该装置主要用于爆破岩石，在爆破岩石时会在岩石8上钻孔，钻孔801完成后，在钻孔801内加入爆破所需的溶液或其他物质，然后再将本实施例中的装置置于钻孔801内即可进行爆破工作。该装置主要包括：第一套管1和等离子生成部；其中，在第一套管1上固定套设有膨胀部；等离子生成部至少部分位于第一套管1内，且在第一套管1上膨胀部的下端构造有供等离子生成部释放能量的第一开口101。在等离子生成部释放能量时，膨胀部至少部分能够在等离子生成部释放能量而产生的爆破冲击力作用下进行膨胀，并与钻孔801内壁紧密接触，以阻止第一套管1脱离钻孔801，从而实现装置的自锁密封，以阻止整体装置脱离钻孔，将爆破的能量封堵于钻孔801内，防止了爆破能量泄露，进而提高了爆破效率和爆破效果；此外，使用该装置还可以实现利用非炸药爆破岩石的方法，如通过等离子生成部对泡沫溶液电介质进行电离来产生爆破所需的能量，避免了使用炸药时，炸药对环境的污染以及对工作人员造成的威胁。
在一些实施例中，膨胀部可以但不限于是一圆筒2，并且在第一套管1的轴向上，圆筒2上开设有至少一条第二开口201，第二开口201的下端与圆筒2的下端导通。通过设置第二开口201能够便于在爆破过程中圆筒2上的一部分在一定爆破冲击力的作用下下炸开(即膨胀)。圆筒2可以但不限于选用弹簧钢制成。
在一些实施例中，第二开口201可以设置成多条，并在圆筒2上均匀布置；在圆筒2上还开设有多个孔202，孔202与第二开口201一一对应，第二开口201的上端与孔202连通，并且孔202的孔径大于第二开口201的宽度。通过此种设计，可以使相邻孔202间的距离小于相邻第二开口201间的距离，从而使得在爆破过程中产生的冲击力的作用下圆筒2上位于相邻第二开口201间的部分更容易炸开。
在一些实施例中，圆筒2内壁的直径自上而下依次变大，且第一套管1上与圆筒2配合的外壁的直径也是自上而下依次变大，这样依然是为了便于爆炸过程中圆筒2容易的炸开。
在一些实施例中，圆筒2的下端与第一开口101的上端间留有距离，且第一套管1外壁的直径自圆筒2的下端至第一开口101的上端依次变大。这样可以使圆筒2的下端能够与第一套管1配合的比较密切。此外，应当理解的是，位于第一开口101上端的第一套管1的外壁直径最好与圆筒2的外壁直径相同。
在一些实施例中，第一套管1上且位于圆筒2的下端与第一开口101的上端间设置有密封件3，其中密封件3套设在第一套管1上。通过密封件3能够更好的对该装置与钻孔间的缝隙进行密封，该密封件3可以但不限于选用橡胶环，具体的，可以根据实际情况进行选择。
在一些实施例中，在第一套管1的外侧设有第一紧固螺母4，第一紧固螺母4通过螺纹与第一套管1连接，通过第一紧固螺母4能够阻止膨胀部朝向第一套管1的上端移动以及可以为膨胀部提供一个预紧力，使膨胀部处于细微的膨胀状态，从而便于爆破过程中膨胀部的膨胀。具体的，当膨胀部为圆筒2时，通过旋紧第一紧固螺母4，可以使圆筒2的下端与第一套管1紧密配合，并使圆筒2上位于相邻第二开口201间的部分处于细微弯曲的状态，此时，在有外力的作用下，该部分即可容易的炸开，方便装置的自锁密封。
在一些实施例中，等离子体生成部包括高压电极501和低压电极502，第一套管1的下端设有下端盖102；高压电极501至少部分位于第一套管1内，下端盖102与第一套管1的下端通过螺纹连接，低压电极502与下端盖102连接，高压电极501与低压电极502间留有距离。用于供等离子体生成部释放能量的第一开口101位于第一套管1的侧面，该第一开口101用于使爆破的能量由第一套管1内进入钻孔。高压电极501的两端均设有外螺纹，通过螺母将高压电极501固定在第一套管1上。下端盖102上设有带螺纹的开孔，低压电极502上设有外螺纹，通过将低压电极502旋转入下端盖102上的开孔内固定低压电极502。为了安全起见，可以在高压电极501外部缠绕绝缘层。
在一些实施例中，该装置还包括第一绝缘套管6，第一绝缘套管至少部分位于第一套管1内，高压电极501至少部分位于第一绝缘套管6内。在第一套管1内设有凸起，该凸起用于阻止第一绝缘套管6移动到第一套管1上的第一开口101内，该凸起位于第一套管1上第一开口101内部的稍向上的位置处，通过该凸起能够使得第一绝缘套管6的下端刚好位于第一套管1上第一开口101的位置处。在第一套管1的上端还设有第二紧固螺母7，第二紧固螺母7与第一套管1通过螺纹连接，并将第一绝缘套管6固定，进而防止第一绝缘套管6向第一套管1上端移动。通过将螺母拧入至高压电极501的两端，进而将高压电极501与第一绝缘套管6固定。另外，第一绝缘套管6可以是整段结构，也可以拆分成多段，采用多段的好处是安装方便且便于固定高压电极501和第一套管1。下面以多段为例叙述，第一绝缘套管6由第二绝缘套管601、第三绝缘套管602和第四绝缘套管603组成；第二绝缘套管601前端由设置在第一套管1内的凸起阻挡，第二绝缘套管601的另一端设置有凹槽，第三绝缘套管602的两端均设有与第二绝缘套管601配合的凸槽，第四绝缘套管603的一端也设有与第三绝缘套管602上凸槽配合的凹槽，第二绝缘套管601、第三绝缘套管602和第四绝缘套管603依次连接。通过第二紧固螺母7将第一套管1、第三绝缘套管602和第四绝缘套管603固定。
在一些实施例中，高压电极501和低压电极502间通过金属丝连接。在高压电极501的下端的侧面和中心钻孔，金属丝从高压电极501的侧面放入后，经中心孔穿出，然后缠绕到低压电极502上。在使用过程中发现，当金属丝缠绕在低压电极502上时，在爆破工作完成后会有部分金属丝残留在低压电极502上，因此对于低压电极502的另一种变形是，在低压电极502的中心钻孔，并将金属丝穿入低压电极502的孔内。由于目前等离子体能量释放技术针对岩石爆破方面处于发展初期，目前存在的放电方式主要有针对针型，针对板型，根据高低电极间介质分为空气和液体。放电方式分为岩石表面放电与岩石内部放电(预钻孔)。针对针形式的放电结构主要应用于需求小能量释放的应用中，装置的结构比较简单，但是在破碎岩石的方面，由于破碎岩石需要较高的能量，岩石断裂需要的能量较多，针对针结构能量利用率较低，释放的能量不能够满足需求,尤其是在爆破较强硬度的岩石时。在本实施例中，使用金属丝连接高低电极两端进行放电，能够在放电过程中，提高能量的利用率，金属丝在脉冲设备放电过程中产生能量沉积，释放出更大的能量，金属丝上在短时间内通以很高密度的脉冲电流，其上迅速积累欧姆热使金属丝物态发生剧烈变化，导致金属丝汽化，爆炸，电阻值急剧增大，伴随一系列强冲击波和强辐射，提高了能量的释放率，降低能耗成本，大大增加岩石的破碎率。
本实施例提供的可实现孔壁密封的等离子体爆破岩石机械装置，结构简单，易于制造，安全可靠，便于操作；在爆破的过程中，该装置的膨胀部至少部分能够在等离子生成部释放能量而产生的爆破冲击力作用下进行膨胀，并与钻孔内壁紧密接触，从而实现自锁密封，以阻止第一套管脱离钻孔，将爆破的能量封堵于钻孔内，防止了爆破能量泄露，进而提高了爆破效率和爆破效果。
以上对本发明所提供的可实现孔壁密封的等离子体爆破岩石机械装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种可实现孔壁密封的等离子体爆破岩石机械装置，设置于爆破岩石时所钻的钻孔中，其特征在于，包括第一套管和等离子体生成部；
所述第一套管上固定套设有膨胀部；
所述等离子体生成部至少部分位于所述第一套管内，所述第一套管上膨胀部的下端构造有供所述等离子体生成部释放能量的第一开口；
其中，在所述等离子生成部释放能量时，所述膨胀部上至少部分能够向远离所述第一套管外壁的一侧膨胀，且与所述钻孔内壁紧密接触，以阻止所述第一套管脱离所述钻孔。
2.根据权利要求1所述的等离子体爆破岩石机械装置，其特征在于，所述膨胀部为一圆筒，在所述第一套管的轴向上，所述圆筒上开设有至少一条第二开口，所述第二开口的下端与所述圆筒的下端导通。
3.根据权利要求2所述的等离子体爆破岩石机械装置，其特征在于，所述圆筒上开设有孔，所述孔与所述第二开口一一对应，且所述第二开口的上端与所述孔连通。
4.根据权利要求2或3所述的等离子体爆破岩石机械装置，其特征在于，所述圆筒内壁的直径自上而下依次变大；
所述第一套管上与所述圆筒配合的外壁的直径自上而下依次变大。
5.根据权利要求4所述的等离子体爆破岩石机械装置，其特征在于，所述圆筒的下端与所述第一开口的上端留有距离，且所述第一套管的外壁直径自所述圆筒的下端至所述第一开口的上端依次变大。
6.根据权利要求5所述的等离子体爆破岩石机械装置，其特征在于，在所述第一套管上且位于所述圆筒的下端与所述第一开口的上端间设置有密封件。
7.根据权利要求1至3、5、6任一所述的等离子体爆破岩石机械装置，其特征在于，所述第一套管外侧设有第一紧固螺母，所述第一紧固螺母通过螺纹与所述第一套管连接，所述第一紧固螺母能够阻止所述膨胀部朝所述第一套管上端移动。
8.根据权利要求1至3、5、6任一所述的等离子体爆破岩石机械装置，其特征在于，所述第一开口位于所述第一套管的侧面；
所述等离子体生成部包括高压电极和低压电极，所述第一套管的下端设有下端盖；
所述高压电极至少部分位于所述第一套管内，所述下端盖与所述第一套管的下端通过螺纹连接，所述低压电极与所述下端盖连接。
9.根据权利要求8所述的等离子体爆破岩石机械装置，其特征在于，还包括第一绝缘套管，所述第一绝缘套管至少部分位于所述第一套管内，所述高压电极至少部分位于所述第一绝缘套管内。
10.根据权利要求8所述的等离子体爆破岩石机械装置，其特征在于，所述高压电极与所述低压电极通过金属丝连接。
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